ELEC-C7110 Informaatioteknologian perusteet Kalevi Kilkki Tietoliikenne- ja tietoverkkotekniikan laitos Internet 12.3. & 14.3.2017 Kurssin ohjelma 1. Johdanto ma 8.1. & ke 10.1. 2. Tietoliikennealan palvelut ma 15.1. & ke 17.1. Kommunikaatioakustiikka ma 22.1. & ke 24.1. (J. Paasonen) x 3. Tiedonsiirto ma 29.1. & ke 31.1. 4. Kiinteät verkot ma 5.2. & ke 7.2. (tenttiviikko ei opetusta ma 12.2. & ke 14.2.) 5. Matkaviestintä ma 19.2. & ke 21.2. Puheteknologia ma 26.2. & ke 28.2. (T. Bäckström) x 6. Tietojenkäsittely ma 5.3. & ke 7.3. 7. Internet ma 12.3. & ke 14.3. vähän tenttiohjeita HUOM 1: Kurssien tehtävien palautuksien aikarajat ovat tiukkoja. HUOM 2: Kun palautus tiedostona, vain PDF-tiedosto sallittu, muut hylätään. HUOM 3: Älkää kopioiko edellisen vuoden laskuharjoitustehtävien ratkaisuja. HUOM 4: Tentissä ei anneta Shannonin kaavaa (eli jos Shannonin kaavaa tarvitsee tentissä, se pitää muistaa ulkoa) Viikko-ohjelma ( normaalit viikot ) tehtävien palautukset ja pisteet:» Esitehtävä ma klo 14:15 (2 p)» Luentotehtävä ke klo 8-11:00 (1p)» Laskuharjoitus to klo 16:00 (3p)» Ylimääräinen tehtävä seuraava ma 8:00 Esitehtävä (3p) + Laskuharjoitus (3p) HUOM 5: Tentti 4.4. Voi suorittaa peräkkäin Sähkö ja magnetismi kurssin välikokeen kanssa (peräkkäin). 1
Päällekkäisyys Sähkö ja magnetismi-kurssin välikokeen kanssa» Ohje niille jotka haluavat suorittaa sekä Informaatioteknologian perusteiden tentin että Sähkö ja magnetismikurssin välikokeen 4.4. Käy Oodissa rekisteröitymässä ELEC-C7110 IT perusteet KT + ELEC-A4130 Sähkö ja Magnetismi välikoe nimiseen tenttiin. Opetustapahtuma löytyy Oodista esim. hakemalla ELEC-C7110- kurssikoodilla. Aloita informaatioteknologian perusteet kurssitentin tekeminen 4.4. klo 09:00 normaalisti salissa AS2. Kun kurssitentti on valmis tai viimeistään kun kello on 11, opiskelijan on palautettava kurssitentti ja aloitettava Sähkö- ja magnetismi kurssin välikokeen tekeminen. Välikokeen kesto on 2 tuntia.» Kaikilla muilla tentti/välikoe normaaliin tapaan ELEC-C7110 3 Viime viikon ylimääräinen tehtävä» Toteuta looginen operaatio S = (a b) (b c) (c a) loogisilla porteilla. Pyri pieneen määrään loogisia portteja. Totuusarvotaulukko a b c a b b c c a S NAND(a,b,c) OR(a,b,c) 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 Lauseke: S = NAND(a, b, c) OR(a, b, c) Loogisilla porteilla: a b c S ELEC-C7110 2015 4 2
Tämän viikon aiheet» Maanantain oppimistavoitteet 1. Internetin historiaa miksi, miten ja mihin 2. Internetin keskeiset rakenneosat, TCP/IP» Keskiviikon oppimistavoitteet 1. Jonoteoriaan eli pakettikytkentäisten verkkojen analyysi ja mitoitus 2. Hieman kertausta Laskuharjoitus 1. Jonoteorian perusteet Tämän viikon kysymyksiä 1. Miksi suuret ja mahtavat teleoperaattorit eivät kehittäneet IPteknologiaa, vaan pakettivälitteisten verkkojen kehitystyö tapahtui lähinnä yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa? Miten tämä on vaikuttanut Internetin rakenteeseen ja toimintaan? 2. Kun uusi tietokone liitetään Internetiin, niin mitä sen täytyy tehdä, jotta se voisi hakea tietoa halutusta verkko-osoitteesta, kuten www.wikipedia.org? 3. Mikä on TCP:n toimintaperiaate ja miten se vaikuttaa Internetin palvelun laatuun? 4. Mitä muutos IPv4:stä IPv6:een käytännössä tarkoittaa ja miksi IPv6:een ollaan siirtymässä? 5. Miten Internetin verkkolaitteiden ja muiden siihen liitettävien laitteiden tehtäviä voidaan kuvata OSI-mallin avulla? ELEC-C7110 6 3
Internet» Internet = maailman laajuinen tietoverkko (iso I) eli yhdysverkko, joka yhdistää paikallisia verkkoja toisiinsa» Internet teknologiat = teknologiat, joita Internetin toimintaan tarvitaan Yleensä internet-teknologioilla viitataan IETF:n (Internet Engineering Task Force) kehittämiin protokolliin Puhekielessä Internet-sanalla viitataan usein verkkopalveluihin WWW (Web= palvelu)» IP = Internet Protocol = Internet protokolla (yhteyskäytäntö) Internetin alku» 1950-luvun loppu (USA) Neuvostoliitto laukaisi Sputnikin syksyllä 1957 USA perusti ARPAn (Advanced Research Project Agency) 1958» 1960-luvun alku Paul Baran (RAND Corp.) esitti pakettikytkentäisyyden periaatteet Samaan aikaan muualla: L. Kleinrock (UCLA), J. C. R. Licklider (MIT) ja D. Davis (UK) ELEC-C7110 8 4
Mistä lähdettiin liikkeelle?» Miten datasiirto hoidettiin sitä ennen? Tietokoneiden välillä minimaalista Sotilaallisia sovelluksia (& telex 66 sanaa/min) Suuremmat määrät siirrettiin magneettinauhoilla» 1965: Kaikkien maailman tietokoneiden yhteenlaskettu laskentakapasiteetti oli pienempi kuin yhden älypuhelimen Kuulentojen avaruusaluksen ohjaustietokone (Apollo Guidance Computer) Ohjaus substantiivi-verbi-pareilla Muistia 64 kb, kellotaajuus 430 khz Tietokoneiden kyky kommunikointiin oli hyvin rajallinen ELEC-C7110 9 Varautuminen ydinsotaan Internet?» Paul Baran: Kyllä (jossain määrin) pakettiverkon taustalla oli ajatus ydinsodan mahdollisuudesta, mutta Baranin ajatukset eivät juurikaan levinneet» ARPANET:n kehittäjät (Taylor, Roberts): Ei ovat ehdottomasti kieltäneet että ydinsotaan varautumisella olisi ollut mitään vaikutusta heihin» Rahoittajat (ARPAn johtajat ja siitä ylöspäin): Kyllä rahoituksen kannalta ydinsotaan varautumisella oli huomattava merkitys ELEC-C7110 10 5
Pakettikytkennän vallankumouksellisuus!» Piirikytkentäinen (circuit switching) Tarvittavat resurssit on varattu istunnon ajan riippumatta siitä käytetäänkö yhteyttä vai ei Mahdollistaa yksityiskohtaisen veloituksen, käytön rajoitukset ja kontrollin» Pakettikytkentäinen (packet switching) Tiedon siirto paketeissa, joissa osoitetieto mukana Mahdollistaa Tiedon siirron ilman keskitettyä organisaatiota Yksinkertaisen veloituksen Pääsyn koko verkkoon $ Skaalautuvuus Tehokkuus Joustavuus ELEC-C7110 11 Internet osa II» 1968 (USA): tarjouspyyntö 140 yritykselle dataverkon toteuttamisesta tutkimuslaitosten välillä» Muutosvastarinta mm. AT&T ja IBM eivät jättäneet tarjouksia lainkaan Yliopistot Miksi ulkopuolisten pitäisi saada käyttää meidän tietokonetta? koska ARPA rahoitti ja määräsi!» 1969: ARPANET käynnistyi lokakuussa 1969 (4 solmua) Ensimmäinen sanoma LOGIN johti virheilmoitukseen» 1972: ensimmäinen sähköposti» 1974: TCP/IP ELEC-C7110 12 6
K7.1 Internetin kehittyminen 1. Miksi suuret ja mahtavat teleoperaattorit eivät kehittäneet IPteknologiaa, vaan pakettivälitteisten verkkojen kehitystyö tapahtui lähinnä yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa? Miten tämä on vaikuttanut Internetin rakenteeseen ja toimintaan?» Mahdollisia selityksiä Ei näkyvissä mitään merkittävää liiketoimintaa (tämä muuttui olennaisesti vasta 1990-luvulla) Ajateltu malli (ARPAn ja yliopistojen valitsema ) ei sopinut silloisiin operaattoreiden toimintaperiaatteisiin eli keskitetty tiukka palvelun ja laitteiden hallinta, kaikesta maksetaan mitä käytetään» Vaikutus (varsinkin alkuvaiheessa) Käyttäjien tiedostettujen tarpeiden mukaan kehitetty Luottamus käyttäjiin, ilman ylimääräistä kontrollia Päätelaitteiden vaikutus olennainen verkon toiminnan kannalta ELEC-C7110 13 Map of Internet 1969 ELEC-C7110 14 7
ARPANET 1977 ELEC-C7110 15 Internetin topologia nykyisin ELEC-C7110 2015 16 8
Internet osa III» Internet Hosts eli isäntäkoneet 1977: 111 1991: 617 000 1995: 6 642 000 1 000 000 000 800 000 000 600 000 000 400 000 000 200 000 000 WWW Mosaic selain 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 ELEC-C7110 17 Internetin käyttäjät ELEC-C7110 18 9
Liikenteen kasvu +50%/vuosi Ihmistä kohden: 30 kbit/s 300 MB/päivä ELEC-C7110 19 % of individuals using the Internet, 2014 1 Iceland 98,2 2 Bermuda 96,8 3 Norway 96,3 4 Denmark 96,0 5 Andorra 95,9 6 Liechtenstein 95,2 7 Luxembourg 94,7 8 Faroe Islands 94,7 9 Netherlands 93,2 10 Sweden 92,5 11 Monaco 92,4 12 Finland 92,4 13 United Kingdom 91,6 16 Japan 90,6 18 United States 87,4 21 Germany 86,2 26 Estonia 84,2 49 Russia 70,5 69 Italy 62,0 93 China 49,3 147 India 18,0 199 Burundi 1,4 ELEC-C7110 20 10
Internet osa IV IoT Mutta laitteita on paljon enemmän kuin isäntäkoneita 1 000 000 000? IoT Internet of Things 800 000 000 600 000 000 400 000 000 200 000 000 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 ELEC-C7110 21 Miljardia laitetta 2020 50 40 30 20 10 0 90 95 2000 05 10 15 20 http://www.i-scoop.eu/internet-of-things/ ELEC-C7110 22 11
Vaikea kysymys» Mitä riskejä kaikkien mahdollisten laitteiden liittäminen Internetiin aiheuttaa? ELEC-C7110 23 Internetin kehitystyö : IETF» IETF: Internet Engineering Task Force» RFC: Request for Comments Tarkoituksellisesti epämääräinen otsikko markkinat päättävät lopulta Vrt. ITU (International Telecommunication Union) 5 vuoden jaksot! David Clark: "We [at IETF] reject kings, presidents and voting. We believe in rough consensus and running code." ELEC-C7110 24 12
Internetin taustasta johtuen» Ongelmia/haasteita koska alussa Verkossa kaikkia käsiteltiin kuin tuttuja Verkon koko oletettiin rajalliseksi Viestit oletettiin tärkeiksi ja halutuiksi Oletettiin että kukaan ei tee ilkeyksiä Oletettiin että sisältö on avointa ja laillista Kaikkia mahdollisia sovellutuksia ei osattu arvata» Kun kaikki eivät toimi yhteisen hyvän eteen, järjestelmä murentuu ELEC-C7110 25 ELEC-C7110 2015 26 13
Internetin tulo Suomeen ELEC-C7110 27 FUNET projektisuunnitelma v. 1984 Mitä kuvasta voi päätellä? X.25 IP FUNET: Finnish University and Research Network ELEC-C7110 28 14
Liittyminen Internetiin» 1986: päätös liittymisestä» 1987: ei onnistunut poliittisista syistä (Neuvostoliitto-Suomi) NSF* ehdotti yhdyskäytäväratkaisua helpompi kontrolloida kuin avoin Internet-yhteys» 1988: NORDUnet:n avoin Internet-liitäntä 56 kbit/s satelliittiyhteydellä USA:han 64 kbit/s Pohjoismaiden välillä Ensimmäinen kansainvälinen TCP/IP verkko NSF tuki sekä poliittisesti että taloudellisesti * NSF = National Science Foundation, USA IP-verkon toiminta ELEC-C7110 30 15
ISO:n OSI-malli» OSI = Open Systems Interconnection Reference Model 1980-luvun alussa, tietoliikenneverkkojen toimintojen kuvaamiseen ja jäsentämiseen Kansainvälinen standardi (ISO, ITU) Kuvaa tiedonsiirtoprotokollien yhdistelmän 7 kerroksessa Kukin kerroksista käyttää yhtä alemman kerroksen palveluja ja tarjoaa palveluja yhtä kerrosta ylemmäs.» OSI-verkko ei saavuttanut suosiota koska TCP/IP jyräsi ELEC-C7110 31 ISOn K7.5 OSI-malli vs. TCP/IP & Internet 7 6 5 Sovellus Esitystapa Istunto Sovellus DNS, HTTP, FTP, SNMP, POP, SSH, etc. DNS = Domain Name System HTTP = Hypertext Transfer Protocol FTP = File Transfer Protocol SNMP = Simple Network Management Protocol POP = Post Office Protocol SSH = Secure Shell (protocol) 4 3 2 1 Kuljetus Verkko Siirto Fyysinen Siirron hallinta Internet Verkkoyhteys Fyysinen ARP TCP, UDP IP ICMP Ethernet, XDSL, Frame Relay TCP = Transfer Control Protocol UDP = User Datagram Protocol ICMP = Internet Control Message Protocol IP = Internet Protocol ARP = Address Resolution Protocol OSI TCP/IP (DoD) malli ELEC-C7110 32 16
OSI-malli kertausta 7. Sovellus Armeijan johtaminen 6. Esitystapa Puhuttu lause 5. Istunto Kuninkaan vastaanotto 4. Kuljetus Kirje käskyketjun läpi 3. Verkko Optisen lennätinverkon kartta Sovellus TCP IP Kuningas Hemmetti, minun pitää näyttää olevani ankara kuningas Kuningas on seonnut, mutta pakko on totella Ilmaus (puhe, ele, kirjoitus) Armeija hyökätköön aamulla kello 6 Kuninkaan käsky: hyökkäys kello 6 Vastaanottajan haku Häiriölähde Käyttöliittymä Informaation käsittely Vastaanotin Käyttöliittymä Havaitseminen Ymmärrys Mielen automa- Tietoisuus tiikka Sanoma Mielen automa- Tietoisuus tiikka Informaation käsittely Lähetin Kanava 2. Siirto Viestien Verkko- käsittely lennätinasemilla yhteys Ethernet 1. Fyysinen Optisen lennättimen ym. taulut Sotapäällikkö ELEC-C7110 33 Rakenneosat Sovellus Sovellus TCP Kuljetus Kuljetus IP Verkko Siirtoyhteys Siirtoyhteys Verkko Siirtoyhteys Siirtoyhteys Verkko Siirtoyhteys Fyysinen Fyysinen Fyysinen Fyysinen Fyysinen Käyttäjä ja päätelaite Kytkin Reititin Kytkin Palvelin ELEC-C7110 34 17
IPv4 otsikko Bitit: 0 8 16 24 31 Versio IHL DS Kokonaispituus Tunnistus Liput Lohkon sijainti Elinaika Protokolla IP-otsikon tarkistussumma Lähettäjän IP-osoite Vastaanottajan IP-osoite Optiot Täyte Data IHL = Internet Header Length, eli otsikon pituus DS = Differentiated Services, tai Type of Service, eli paketin priorisointi Protokolla, esim. 6 = TCP, 17 = UDP, 89 = OSPF ELEC-C7110 35 IPv6-otsikon rakenne Bitit: 0 8 16 24 31 Versio Liikenneluokka Vuon tunniste Otsikon pituus Seuraava otsikko Hyppyjen määrä Lähettäjän IP-osoite Vastaanottajan IP-osoite ELEC-C7110 36 18
K7.4 IPv4 IPv6 Mitä muutos IPv4:stä IPv6:een käytännössä tarkoittaa ja miksi IPv6:een ollaan siirtymässä?» Osoitteiden määrä 2 32 = 4.3*10 9 2 128 = 3.4*10 38» IPv6:ssa otsikon rakenne yksinkertaisempi Pyritään suoraviivaisempaan pakettien käsittelyyn» IPv6:ssa paketteja voi pilkkoa vain lähettäjä (ei reititin) (siis kun paketti on liian suuri lähetettäväksi kokonaisena jollain linkillä, käytännössä maksimikoko on 1,5 kb)» IPv6:ssa vuon tunniste palvelun laadun määrittelyä varten ei tarkistussummaa ym. ELEC-C7110 37 Mistä osoite? Verkkotunnukset (domain name) URL (Uniform Resource Locator). com org net fi kilkki wikipedia aalto kilkki aalto eng fi elec sci ELEC-C7110 38 19
Miten K7.2 Verkko-osoitteen osoitteet? haku Kun uusi tietokone liitetään Internetiin, niin mitä sen täytyy tehdä, jotta se voisi hakea tietoa halutusta verkko-osoitteesta, kuten www.wikipedia.org? Haku 8 1 3 2 Juuri. nimipalvelin Nyt 13 kpl + kopiot 198.41.0.4 Rekursio 5 4.org nimipalvelin 204.74.112.1 7 6.wikipedia.org nimipalvelin 207.142.131.234 DHCP = Dynamic Host Configuration Protocol DNS = Domain Name System (Nimipalvelin) ELEC-C7110 39 K7.3 TCP:n toimintaperiaate Perinteinen malli Lähetysikkunan koko Paketin hukkuminen havaitaan aikavalvonnalla Paketin hukkuminen havaitaan ACK:llä* Eksponentiaalinen kasvu 1/2 Lineaarinen kasvu Hidas aloitus Ylikuormituksen välttäminen aika *ACK-paketti sisältää viimeisen yhtenäisen sekvenssinumeron, joka kertoo vastaanotetun datan määrän jos numero ei täsmää lähetetyn datan määrään, lähettäjä olettaa että vähintään yksi paketti on hukkunut ELEC-C7110 40 20
TCP:n toimintaperiaate ja seuraukset» Oletuksena Best Effort (IP tasolla) Verkko yrittää parhaansa, mutta ilman takuita» TCP pitää huolen siitä että paketit tulevat perille (joskus) oikeassa järjestyksessä (jos mahdollista)» Yhteyden alussa nopeus on alhainen eli lähetysikkuna pieni» Nopeutta kasvatetaan eksponentiaalisesti» Jos paketteja hukkuu, tiputetaan nopeutta» kohtuullinen määrä pudonneita paketteja Paketteja voi hukkua muutama prosentti Kaista jakautuu suunnilleen tasan pullonkaulan läpi kulkevien yhteyksien kesken ELEC-C7110 41 IP pakettien erilainen käsittely Miksi?» Sovellusten erilaiset vaatimukset Puhe (videoneuvottelu, interaktiiviset pelit) vs. Data» Erilaiset asiakkaat (enemmän tai vähemmän maksavat) kuluttajat vs. yritykset» Kustannusten optimointi vs. asiakkaiden tyytyväisyys Pieni osa asiakkaista voi kuluttaa valtaosan resursseista» Entä oikeudenmukaisuus? Onko oikein että toiset kuluttavat paljon enemmän, mutta maksavat saman verran kuin muut? ELEC-C7110 42 21
IP pakettien käsittely Miten?» Systemaattisia (haluttuja) eroja viiveissä ja pakettien pudottamisen todennäköisyyksissä» Entä saatu kaista tai siirretty datamäärä? Monimutkainen kysymys TCP:n säätömekanismi vaikuttaa olennaisesti Mutta kaikki liikenne ei käytä TCP:tä ELEC-C7110 43 Luentotehtävä 14.3.2018 A. Mihin osaan kurssia erityisesti toivoisit parannusta? B. Mitä Informaatioteknologiaan liittyvää asiaa, jota kurssilla ei tänä vuonna käsitelty lainkaan, haluaisit käsiteltävän kurssilla ensi vuonna? ELEC-C7110 44 22
Pakettiverkon mitoitus eli jonoteorian perusteita ELEC-C7110 45 Suorituskykyanalyysi All models are wrong but some are useful George Box, 1978 Vaiheet 1. Tilojen määrittäminen 2. Tilojen välisten siirtymien määrittäminen 3. Tilojen välisten siirtymien intensiteetit 4. Yhtälöt perustuen lokaaleihin tasapainoihin 5. Todennäköisyyksien ratkaiseminen 6. Johtopäätösten teko ELEC-C7110 46 23
Liikenneteoria vs. jonoteoria Palvelupaikkoja = S (ei odotuspaikkoja) M/M/S/0 0 1 i-1 i i+1 S-1 S 2 (i-1) i (i+1) (i+2) (S-1) S Palvelupaikkoja = S, Odotuspaikkoja = N M/M/S/N 0 1 S-1 S S+1 S+ N-1 2 (S-1) S S S S S S+N = tulevia asiakkaita aikayksikössä = 1/h, h = palveluaika ELEC-C7110 47 Huomioitavaa» Eksponentiaalinen jakauma Tapahtumien todennäköisyydet eivät riipu menneisyydestä Esim. kuinka kauan palvelu on jo kestänyt tai kuinka kauan edellisen asiakkaan tulosta on kestänyt Tällä kurssilla aina oletuksena Mutta oletus ja sen seuraukset on tiedettävä!» Muistakaa ottaa huomioon palvelujen päättymisen intensiteeteissä palveltavien asiakkaiden määrä Kun i asiakasta on palveltavana, niin intensiteetti on i/h, jossa h on keskimääräinen palveluaika ELEC-C7110 48 24
Esimerkki Oletukset 3 palvelupaikkaa Vaiheet 1. Tilojen määrittäminen (montako?) 2. Tilojen välisten siirtymien määrittäminen 3. Tilojen välisten siirtymien intensiteetit 4. Yhtälöt perustuen lokaaleihin tasapainoihin 5. Todennäköisyyksien ratkaiseminen 6. Johtopäätösten teko Palveluaika = 4 minuuttia (eksponentiaalisesti jakautunut) Asiakkaita tulee keskimäärin 2 minuutin välein 0 tai 3 odotuspaikkaa joko erikseen tai yhteisiä kaikille Kysymys Mikä on palvelun laatu eri tapauksissa? ELEC-C7110 49 Tuloksia Erikseen / yhdessä Odotuspaikat Lyhenne Estymisen todennäköisyys Keskimääräinen odotusaika Erikseen 0 3*M/M/1/0 40 % 0 Yhdessä 0 M/M/3/0 21 % 0 Erikseen 3 3*M/M/1/1 21 % 25 s Yhdessä 3 M/M/3/3 4,8 % 48 s Yhdessä Ääretön M/M/3 0 107 s ELEC-C7110 50 25
Odotusaika kuormituksen funktiona Odotusaika (min) 10 8 6 4 S = 1 S = 3 S = 10 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 = A/S = kuormitus ELEC-C7110 51 Iso vai pieni puskuri? S = 3 h = 1 min Viive: Katkoviiva 8 h w (min) 6 40% B c 30% Esto: Yhtenäinen viiva N = 0 4 20% N = 0 N = 10 N = 10 N = 100 N = 100 2 10% 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 A (Erl) 0% ELEC-C7110 52 26
Jonon pituus (tavuja) 14000 12000 10000 Simuloitu jono 8000 6000 4000 2000 Pakettien koko (tavuja) 0 0 20 40 60 80 100 ms 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 20 40 60 80 100 ms ELEC-C7110 53 Tentti» 4 tehtävää á 1 sivu valmiiksi viivoitettu 1-2 laskua & 2-3 esseetä Tentit 4.4. & 14.5. Muistakaa ilmoittautua ajoissa! ELEC-C7110 54 27
Laskut ja mallit (osattavat asiat ellei toisin mainita) Lyhenteet f (femto) P (peta) & B (tavu) Hintajouston periaate (kaava annetaan tarvittaessa) Desibelilaskut ja dbm, materiaalin kaavat 3.2 ja 3.3 Eksponentiaalisen jakauman & Poisson-prosessin perusominaisuudet Yksinkertaisten esto- ja jonojärjestelmien ratkaisu Tenttitehtävät voi ratkaista ilman kaavoja 4.17 (Erlang) ja 7.4-7.6 (M/M/1) Verkon saatavuuden (eli luotettavuuden) laskeminen Shannonin kaavaa C = B log 2 1 + SΤN [bit/s] ei anneta tentissä! Boolen algebra operaatiot, ja ja vastaavat loogiset portit Kts. kuva 6.6 ja kysymyksen K6.3 kalvo & totuusarvotaulukko Jos tehtävissä tarvitsee radiotien vaimennusta, niin kaava (5.3, 5.4) annetaan Hamming-koodauksen periaate Mutta taulukkoa 6.5 ei tarvitse osata + kommunikaatioakustiikka, puheteknologian tehtävät ELEC-C7110 55 Hintajousto kaavoina ln K = a e ln h + h 0 Kysyntä 50 min/päivä 40 30 20 e = 0,75, h 0 = 0 e = 0,75, h 0 = 0,50 Hinta -90% Kysyntä +100 %, tulot -80% 10 0 0 0.5 1 1.5 2 Hinta /min ELEC-C7110 56 28
Mitä tästä seuraa?» Monopolin hinnoittelu Mitä korkeampi sen parempi (siis myyjälle ei asiakkaalle eikä yhteiskunnalle)» Toisaalta Monet telepalvelut ovat luontaisesti monopoleja Miksi?» Joten. Jos täysi vapaus yksityinen erittäin tuottoisa monopoli ELEC-C7110 57 Desibeli» Logaritminen asteikko Kuvaa suureiden suhteita Yksikkö = beli (Bell in mukaan)» Yleensä desibeli, eli kymmenesosa belistä P 1 P 2 [db] = 10 log 10 P 1 P 2 [db]» Tehoa kuvataan usein suhteessa milliwattiin P [dbm] = 10 log 10 P 1 mw ELEC-C7110 58 29
Miten desibeleillä lasketaan!» Desibeli ilmaisee tehojen suhteen logaritmisella asteikolla Jos tehojen suhde on 100:1, desibeleinä suhde on 10log 10 (100) = 20 db» Tehovahvistukset ja -vaimennukset voidaan laskea suoraan desibeleinä yhteen kun ne ovat sarjassa Jos vahvistin A vahvistaa +25 db ja vahvistin B vahvistaa +15 db ja siirtokanava vaimentaa 30 db, lopputulos = 25 + 15 30 = +10 db» dbm on teho suhteessa milliwattiin desibeliasteikolla dbm arvoja ei saa laskea suoraan yhteen desibeliasteikolla, vaan ne täytyy muuntaa ensin lineaariselle asteikolle ja sitten laskea yhteen Jos tenttivastauksessa 30 dbm + 40 dbm = 70 dbm, tehtävästä saa 0 p» Jos kaavassa teho watteina, niin älä käytä desibelejä Shannonin kaava 3.3 tai radiotien kaavassa 5.2 olkaa tarkkana! ELEC-C7110 59 Shannonin lause» Informaatioteorian yläraja tietoliikenteelle C = B log 2 1 + Τ S N B = kaistanleveys S = vastaanotetun signaalin teho N = kohinateho» Esim. puhelinverkosta C = 3100 log 2 10001 = 41000 bit/s [bit/s]» Vain ideaalisessa tapauksessa Käytännössä muutama db hukkuu epäideaalisuuksiin ELEC-C7110 60 30
Verkkolaskelma» Kustannus = jänne (tai kaapelikilometri)» Hyötylaskelma (tai epäluotettavuuden kustannuslaskelma) Yhden jänteen (i) saatavuus = todennäköisyys että yhteys jänteen yli toimii = A i Reitti jolla on N kappaleita (riippumattomia) jänteitä peräkkäin A N = ς N i=1 A i ( = tulo) Yhteysväli jolla on M kappaletta vaihtoehtoisia, toisistaan riippumattomia reittejä (j) A M = 1 ς M j=1 1 A j A j = reitin j saatavuus ELEC-C7110 61 Mitä verkkolaskelmista seuraa?» Korkeaan saatavuuteen päästään käytännössä vain vaihtoehtoisilla reiteillä Vaihdon täytyy tietysti toimia luotettavasti» Samoja laskentaperiaatteita voidaan soveltaa myös muissa luotettavuuslaskelmissa ELEC-C7110 62 31
Poisson-liikenne, esto- ja jonojärjestelmä 0 1 i-1 i i+1 S-1 S i (i+1) S P i 1 = iμp i 0 1 S-1 S S+1 S+ N-1 2 (S-1) S S S S S S+N ELEC-C7110 63 Mitä Erlang- ja jonomalleista seuraa?» Käytännössä satunnaisesti vaihtelevaa tarvetta palvelevaa järjestelmää ei voi kuormittaa 100 % asti» Estojärjestelmän mitoitus Pienissä järjestelmissä < 50 %, suurissa ehkä jopa 80 %» Jonojärjestelmä Ideaalitapauksessa max 80 %» Korkea kuormitus (> 70 %) on aina riski, koska pienikin kuormituksen nousu kasvattaa estoja tai odotusaikoja olennaisesti ELEC-C7110 64 32
Boolen algebra» Perusoperaatiot F = a (b c)» Totuusarvotaulukkona:» Loogisina portteina a b c b c a F 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 a F b c ELEC-C7110 65 Muita keskeisiä asioita Informaatio, data ja tieto, datan määrä (esim. TB) Suomen telealan erikoispiirteet Miksi telealalla on taipumus päätyä monopoleihin? Hintakilpailun luonne telealalla Viestintäjärjestelmien peruskomponentit ja -tavoitteet A/D-muunnos: periaate ja vääristymät Modulointi ja kanavointimenetelmät Piiri- ja pakettikytkentäisyys CSMA/CD, miksi ja miten Mobiiliverkkojen sukupolvet Solukkoverkon toimintaperiaate Lähiverkkojen ja matkapuhelinverkkojen erot ja yhtäläisyydet Taajuusalueet ja niiden perusominaisuudet Miten tietokone löytää IP-osoitteen? Tietokoneen rakenne ja toiminta Miksi Internetistä on tullut sellainen kuin se nyt on? OSI-mallin tasot vs. TCP/IP-malli TCP/IP periaate ja tehtävät Miksi siirrytään IPv6:een? + Puheteknologia ja kommunikaatioakustiikka ELEC-C7110 66 33
Tentit 4.4. & 14.5. Muistakaa ilmoittautua ajoissa! Kiitoksia! 67 34