ja internet - university of helsinkikaapeloitu(guided media) kuparijohto, optinen kuitu,...
TRANSCRIPT
Tietoliikenteen perusteet /2010 1
Tietoliikenteen perusteet
Tietokoneverkotja
InternetKurose, Ross: Ch 1
Tietoliikenteen perusteet /2010 2
SisältöäInternetVerkon reunalla:
asiakkaat ja palvelimet,yhteydetön ja yhteydellinen palvelu
Verkon sisälläPiirikytkentäinen, pakettikytkentäinen verkkoDatasähkeverkko, virtuaalipiiriverkko
Pääsy Internetiin, fyysinen mediaViivytykset ja katoamiset siirrossa
Mitä viipeitä? Miksi dataa katoaaProtokolla ja protokollapino
KerrosarkkitehtuuriInternet-protokollapino: kerrokset ja sanomat
Internetin uhista
Oppimistavoitteet:-Perusterminologiaa tutuksi-Yleiskuva Internetistä
- rakenne- toiminnallisuus
-Internetin protokollapino jasen eri kerrosten tehtävät
Tietoliikenteen perusteet /2010 3
Tietoliikenteen perusteet
Internet
Osittaisia kuvia Internetistä:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/Internet_map_1024.jpg
http://www.cheswick.com/ches/map/gallery/isp-ss.gif
Tietoliikenteen perusteet /2010 4
R
R
R
R
R
R
R
Verkon komponentteja
R
reititin
palvelin
Isäntäkone (host)
linkki
Protokolla, standardi, RFC (Request For Comments)
Tietoliikenteen perusteet /2010 5
Internetin rakenneosatMiljoonia koneita
isäntäkoneita (host, end system)
- työasemia (workstation), palvelinkoneita (server)
- mobiililaitteita, erilaisia tunnistimia, kameroita, autoja, ….
- Suorittavat hajautettuja sovelluksiaPakettikytkimiä: siirtävät dataa paketteina eli pieninälohkoina (reititin (router), linkkitason kytkin (link-level switch))
- Välittävät sovellusten sanomia koneiden välilläTietoliikennelinkkejä
erilaisia siirtomedioita- Optinen kuitu, kuparijohto, koaksiaalikaapeli,
elektromagneettiset aallot (radio, infrapuna, satelliitti)- Siirtonopeus (transmission rate) bittiä sekunnissa (bps)
Tietoliikenteen perusteet /2010 6
Internet = verkkojen verkko (löyhää hierarkiaa)
Lähiverkkoja (LAN, Local
Area Network) yhdistettyreitittimien välityksellä
Internet-palveluntarjoaja
Tietoliikenteen perusteet /2010 7
Internet:
1969: 4 konetta (ARPAnet)1972: 30 konetta, sähköposti1979: 200 konetta1985: 2000 konetta (1983: TCP/IP )1989: 160 000 konetta (1989-91: Web)1995: 6 miljoonaa konetta1998: 37 miljoonaa konetta2002: 162 miljoonaa konetta2003: 233 miljoonaa konetta2006: 450 miljoonaa konetta2008: 1464 miljoonaa käyttäjää
yli 20% maailman väestöstä
73,6 % Pohjois-Amerikassa;
5,3 % Afrikassa
http://www.internetworldstats.com/stats.htm
Tietoliikenteen perusteet /2010 8
InternetJulkinen Internet vs. rajattu intranet ja extranetPäästä-päähän suunnittelumalli: tila ja toiminnot reunoillaSovellukset voivat lähettää sanomia verkon välityksellä toisilleen
yhteydellinen (connection-oriented) palvelu / yhteydetön(connectionless) palvelu
- Yhteydellinen: Yhteyden muodostus – yhteyden käyttö – yhteyden
purku (~puhelu)
- Yhteydetön: yhteyden käyttö (~posti)
luotettava (reliable) (= pyrkii estämään, havaitsemaan ja paikkaamaan
virheet) / epäluotettava (unreliable) (= ’hälläväliä’)
Internetissä: yhteydellinen = luotettava, yhteydetön = epäluotettavaTCP-protokolla => yhteydellinen ja luotettava
UDP-protokolla =>yhteydetön ja epäluotettava
Tietoliikenteen perusteet /2010 9
Tietoliikenteen perusteet
Verkon reunoilla,päästä päähän
(network edge)
Tietoliikenteen perusteet /2010 10
Verkon reunoilla
Isäntäkoneetsuorittavat hajautettuja sovelluksia(sähköposti, verkkosamoilu,Messenger,…)ovat verkon reunallaAsiakas/palvelija-mallipyyntö-vastaus-protokollawww-selain / www-palvelin, postisovellus / postipalvelija, ….Vertaistoimijamalli (peer-to-peer, P2P)isäntäkone sekä asiakkaana että palvelijanaNapster, Gnutella, KaZaA (FastTrack), EDonkey, eMule,BitTorrent, Mute, …Internet-puhelin: Skype
Tietoliikenteen perusteet /2010 11
Asiakas-palvelija-malli
verkko
palvelijaprosessiwww-palvelija
asiakasprosessiwww-selain
pyyntö
vastaus
sanomien reititys verkossa
”always on”
Oikea kone, oikea prosessi
Tietoliikenteen perusteet /2010 12
Palvelu vs. protokollaPalvelu: joukko toimintoja, jotka ovat käytettävissä
Internetin kuljetuspalvelu, API = miten ohjelma pääsee käyttämään
Internetin infrastruktuurin palveluja
~ postin kuljetuspalvelu: kirje postilaatikkoon
Protokolla: säännöt, jotka määräävät, miten sanomia vaihdetaanpalvelun toteuttamiseksi
Sanomien muoto, sanomien järjestys, ..
Päästä-päähän-protokolla (end-to-end) (sovelluksen prosessilta
toisen sovelluksen prosessille)
protokolla
palveluAPI
Tietoliikenteen perusteet /2010 13
Tietoliikenteen perusteet
Verkon syövereissä,reititys
(network core)
Tietoliikenteen perusteet /2010 14
Reitittimet, reititys
Miten sanoma kuljetetaan verkon läpilähettävältä koneelta vastaanottavalle koneelle?Verkkojen verkko,verkot on yhdistetty reitittimillä!
Piirikytkentä: varaa ensin linkit,joita pitkin kaikki data kulkee
Pakettikytkentä: kuljeta dataverkossa pieninä paketteina jareititä kukin paketti itsenäisesti
Tietoliikenteen perusteet /2010 15
Piirikytkentä (circuit switching)
Varaa yhteydelle omat resurssit päästä-päähän kokoyhteyden ajaksi
Varataan puskurit, linjakapasiteetti
Yhteydenmuodostus (”call”)
Yhteydenpurku (”shutdown”)
Resurssit varattuna, vaikka niitä ei käytettäisiTakaa tasainen nopeuden
puhelinverkko
vrt: vesipisteiden yhdistäminenletkuilla ja veden valutus
Tietoliikenteen perusteet /2010 16
Piirikytkentäinen verkko-ensin varataan resurssit yhteyttä varten-sitten koko datan siirto yhteyttä pitkin-vapautetaan resurssit
circuit
Tietoliikenteen perusteet /2010 17
Piirikytkentä: kanavointi (multiplexing)
Linkille on limitetty usean yhteyden sanomia
Taajuusjako, FDM (frequency-division multiplexing)
linkin kaistanleveys (taajuudet) jaettu käyttäjien kesken
Aikajako, TDM (time-division multiplexing) jokainen saakäyttöönsä koko kaistanleveyden tietyn aikajakson ajaksi
Tietoliikenteen perusteet /2010 18
Siirtonopeus, siirtoaika
Siirtonopeusmiten nopeasti dataa lähetetään (bittejä generoidaan) linjalleMontako bittiä per aikayksikkö lähetetäänbps = bittejä sekunnissa
Siirtoaikakauanko datamäärän lähettäminen linkille kestää(s.e. viimeinenkin bitti on lähetetty linkille)Esim. 10 Mb dataa ja siirtonopeus on 1 Mbs => siirtoaika =10 sekuntia
Tietoliikenteen perusteet /2010 19
Kauanko kestää …
Kauanko kestää lähettää640 kbitin tiedosto
piirikytkentäistä verkkoa käyttäen, kunlinjan siirtonopeus on 1.536 Mbps
ja linjalla käytetään TDM:ää, jossa on24 aikaviipaletta
ja yhteyden muodostamiseen kuluu500 ms?
(eli 24 käyttäjää)
Tietoliikenteen perusteet /2010 20
Ratkaistaan
Yhdelle yhteydelle on käytössä1.536 Mbps/24 = 64 kbps
joten siirtoon kuluu640 kb/64 kbps = 10 s
Kun yhteyspiirin muodostus vie0.5 s
niin aikaa kuluu yhteensä10.5 s.
Huom! Aika ei riipu välissä olevien linkkienlukumäärästä! (ei käsittelyviivettä)
R RR R R R
Tietoliikenteen perusteet /2010 21
Pakettikytkentä (packet switching)Jaa data paketeiksi ja lähetä paketti kerrallaan verkkoonEi varata resursseja eikä siis reittiä etukäteen,
- Varaus tarvittaessa (on-demand)
- Tilastollinen kanavointi (Statistical multiplexing)
vaan jokainen paketti reititetään erikseen => paketit voivatkulkea eri reittejä lähettäjältä vastaanottajalleEtappivälitys (store and forward) = paketti vastaanotetaankokonaan ja vasta sitten lähetetään eteenpäinKoko linkin kapasiteetti siirrettävälle paketilleYhteenlaskettu siirtotarve voi ylittää lähtevän linjansiirtonopeuden
Paketti joutuu odottamaan vuoroaan reitittimen muistissa
Ruuhka (congestion) => jopa paketin häviäminen
Tietoliikenteen perusteet /2010 22
Pakettikytkentä
Reititin vastaanottaa koko paketin ennenkuin lähettääsen seuraavan linkin yli (hop)
Reitittimessä taulukko => mihin linkkiin kukin kohdeosoite on ohjattava
- Reititysprotokollat laskevat parhaat reitit ja päivittävät taulukkoa
Paketin siirtoaika = L/R, L = paketin koko bitteinä
R = lähtölinkin siirtonopeus
Reitittimessä mahdollisesti jonotusviivettä (queuing delay)
paketti joutuu odottamaan, koska reititin lähettää linkille muita paketteja
reititinlähetysjono
Input queue Output queue
Tietoliikenteen perusteet /2010 23
etappivälitteinen
Tietoliikenteen perusteet /2010 24
Kauanko kestää…
Kauanko kestää lähettää
yksi 4 kb:n paketti
pakettikytkentäisessä verkossa, jossa
linkin siirtonopeus on 1 Mbps
ja paketti kulkee
5 linkin yli
R RR R R R
Tietoliikenteen perusteet /2010 25
Ratkaistaan:
siirtoaika yhdellä linkillä on4 kb/1000 kb/s = 0.004 s = 4 ms
joten siirto 5 linkin yli5*4 ms = 20 ms
Jonotusviipeitä ei ole otettu huomioon
Tietoliikenteen perusteet /2010 26
isäntäkonereititin
siirtoyhteys
Pakettivälitteinen tiedonsiirtoverkko
A SA
S
S
A S
paketti
S
AA
Tietoliikenteen perusteet /2010 27
Etenemisviive (propagation delay)
Miten nopeasti bitit (signaalit) etenevätsiirtomediassa
mediasta riippuen noin 2/3 valonnopeudesta , jokaon ~300.000 km/s
- Tyhjiössä valonnopeus on 299.795.458 m/s.riippuu etäisyydestä ja hieman siirtomediasta
merkitystä etenkin satelliittilinkeillä, myös mannertenvälisissä yhteyksissä (esim. vahvistimet, signaalinheikkeneminen eri medioissa)Valonnopeus on kattonopeus kaikelleviestiliikenteelle
Tietoliikenteen perusteet /2010 28
Tehokkuudesta
EsimerkkiKäyttäjät käyttävät yhteistä 1 Mbps linjaa.Kukin käyttäjä joko lähettää 100 kbpstai on kokonaan lähettämättä.
PiirikytkentäJokaiselle on varattava 100 kbps linjakapasiteettia,joten 1Mbps riittää 10 käyttäjälle!
Entä jos käyttäjiä onkin 35?
R… 1 Mbps
Tietoliikenteen perusteet /2010 29
Tehokkuudesta (jatkuu)PakettikytkentäKäyttäjiä on 35 ja kukin lähettää 10 % ajasta ja on joutilaana90% ajasta.
Todennäköisyys, että samanaikaisesti lähettämässä >10, onpienempi kuin 0.0004!
Tn(aktiivisia lähettäjiä on yhtä aikaa <= 10) on 0.9996.
Nyt 1 Mbps linjakapasiteetti riittää hyvin 35:lle käyttäjälle.Erittäin harvoin joku joutuu odottamaan!Purskeinen käyttö on tyypillistä Internetissähae www-sivu, lue,..Haittapuolena on mahdollinen ruuhka jaepädeterministinen toiminta
tn (aktivisia >10) =
1- (S (35)(0.1)k(0.9)35-k)kk=0
10
Tietoliikenteen perusteet /2010 30
Pakettikytkentä: Sanoma vs. paketit
Miksi ei lähetetä koko sanomaa kerralla?
SiirtovirheSanoma: koko virheellinen sanoma lähetettävä uudestaanPaketti: Vain yksi virheellinen paketti lähetettävä uudestaan
Yleisrasite (otsake, jossa mm. lähettäjän ja vastaanottajan osoitteet)
Sanoma: yksi otsake riittääPaketti: jokaisessa paketissa oma otsake
X
X
Tietoliikenteen perusteet /2010 31
Sanoma vs. paketit (jatkuu)
Esim. Sanoman koko 400 kb, linkin nopeus 1 Mbps
Kun koko sanoma lähetetään 5 linkin yli, niin aikaakuluu
5 * 400 kb/1 Mbps = 5*0.4 Mbps/1 Mbps = 2 s = 2000 ms
Kun sanoma pilkotaan 4 kb:n paketeiksi, niin aikaa 100paketin välittämiseen kuluu
416 ms!!
R RR R R R
Tietoliikenteen perusteet /2010 32
Miksi noin?Paketteja voi lähettää samanaikaisesti erilinkeilläetappivälitys (store-and-forward)
Koko sanoma (100 pakettia) siirretty 1. linkin yli400 Kb / 1Mbps = 400 ms
Kun viimeinen paketti on siirretty 1. linkin yli,lähes kaikki edeltävät paketit ovat jo perillä.Nyt vielä viimeinen paketti on siirrettävä 4 linkin yli4 * 4Kb/1 Mbps = 16 ms
400 ms + 16 ms = 416 ms
Tietoliikenteen perusteet /2010 33
Pakettivälitys
Yhden paketinsiirto n linkinyli
siirto-aika
Paketti 1
Paketti 2
Paketti 3
Paketti 4
Paketti 5
Paketti 1
Paketti 2
Paketti 3
Paketti 4
Paketti 5
Paketti 1
Paketti 2
Paketti 3
Paketti 4
Paketti 5
R R R RRlinkki1 linkki 2 linkki 3
Sanoman siirtoaika, kun sanomassa on k pakettia ja linkkejä on n kappalettaa) k:n paketin siirto 1. linkin yli + viimeisen paketin siirto n-1 linkin yli.b) 1. paketin siirto n:n linkin yli + muiden k-1 paketin siirto yhden linkin li
Muidenpakettiensiirtoaika
Animaatio: http://wps.aw.com/aw_kurose_network_4/63/16303/4173752.cw/index.html
Kaikkienpakettiensiirtoyhdenlinkin yli
Viimeisensiirtomuidenlinkkien yli
Olkoon siirtoaika a:
a) ka+(n-1)a = (k+n-1)a
b) na +(k-1)a = (n+k-1)a
Tietoliikenteen perusteet /2010 34
Tietoliikenteen perusteet
Pääsy Internetiin,fyysinen siirtomedia
Tietoliikenteen perusteet /2010 35
Pääsy Internetiin
Modeemi56 kbps
DSLADSL (Asymmetric Digital Subsrciber Link): 8/1 Mbps,
ADSL2+: 24/1.4 Mbps (teoreettinen)
SHDSL (Symmetric High-Bitrate Digital Subsrciber Link): 44/44 Mbp
KaapelimodeemiTV, yleislähetys, down ~ 30 Mbps, up ~ 2 Mbps, 100-110 Mbps
Lähiverkko (Local Area Network)Ethernet: 10 Mbps /100 Mbps / 1 Gbps / 10 Gbps
Langaton yhteys@450: 1 Mbps
WLAN (WiFi, WiMax): 11 Mbps, 54 Mbps
WAP/GPRS, 3G/UMTS: 384 kpbs- ~2 Mbps
Tietoliikenteen perusteet /2010 36
Siirtomedia
Tehtävä siirtää bittivirtaa laitteelta toiselleperäkkäissiirtoa (serial)
Kaapeloitu (guided media)kuparijohto, optinen kuitu, koaksiaalikaapeli
Langaton (wireless, unguided media)radioaallot, satelliitti, matkapuhelin
Tietovälineet?magneettinen levy/nauha, flash-muisti, optinen levysuuria tietomääriä kohtalaisella nopeudella …ei “always-on”
Tietoliikenteen perusteet /2010 37
Eri siirtomedioita
Kierretty parijohto (twisted pair)KoaksiaalikaapeliValokaapeli (fiber optics)Sähkömagneettinen aaltoliike
RadioaallotMikroaallot
- Satelliitit
Infrapuna–aallot
Tietoliikenteen perusteet /2010 38
Kierretty parijohto (twisted pair)
Kaksi eristettyä kuparijohtoa kierretty yhteenvähentää häiriöitä;kaapelissa yleensä useita
Yleisesti käytettypuhelinverkko (jo yli 100 vuotta), paikallisilmukka,rakennusten sisällä
Hintaan nähden hyvä suorituskykyuseita kilometrejä ilman vahvistintauseita Mbps - Gbps parin kilometrin matkallaADSL, nopeat lähiverkot ( useita Gbps)
Tietoliikenteen perusteet /2010 39
Koaksiaalikaapeli
Kaksi sisäkkäistä kuparijohdintahyvä häiriösuoja
Suuret nopeudet1-2 Gbps 1-2 km –kaapelillapitkillä etäisyyksillä huonompi nopeus, vahvistettava
Kallista verrattuna parikaapeliin
KäyttöTV-kaapelit, (vanhat lähiverkot), aliverkkojen runkoverkoissa
Yleislähetys (shared medium)kaikki kytketyt laitteet huomaavat signaalin
Tietoliikenteen perusteet /2010 40
Valokaapeli (fiber optics)
erittäin puhdasta kvartsia ja lasersäteitä1 km kuitua vaimentaa valoa vähemmän kuin 3 mm ikkunalasi
ei sähkömagneettisia häiriöitä
Internetin runkoverkko, puhelinverkotjopa 100 Gbps 30 km kaapelilla
Toiminta:lähetin (transmitter): laserdiodi/LED muuttaa sähköpulssit valoksi
välissä useita valokuitukimppuja (suojattu ulkoisilta vaurioilta)
vastaanotto (reciever)
- fotodiodi muuttaa valopulssit sähköpulsseiksi
- vasteaika ~ 1 ns => ~1 Gbps, WDM (Wavelength Division Multiplexing)
=> ~40Gbps
kohina haittaa, tarvitaan riittävän voimakas valo
Tietoliikenteen perusteet /2010 41
Sähkömagneettinen aaltoliikeLangaton tietoliikenneMaanpäälliset kanavat
Satelliittikanavat
Tieto koodattu aaltoliikkeeseenamplitudi, taajuus, vaihe, ..
Käytössä laaja näkymättämän valon spektri… radioaallot, mikroaallot, infrapuna-aallot, …
Rajoituksiageneroitavuus / moduloitavuus
kuuluvuus /näkyvyys
vaarallisuus?
Tietoliikenteen perusteet /2010 42
Radioaallot (~30 MHz .. 1 GHz)
Helppo generoida
Etenevät pitkiä matkoja vahvistamattaTunkeutuvat myös esteiden läpiEtenevät kaikkiin suuntiin
Rajallinen resurssiEtenevät laajalle, päällekkäisyys häiritsee=> Niukkuutta taajuuksissa, käyttö säänneltyä
KäyttöRadiopuhelin, Radio (AM), TV (VHF)
Tietoliikenteen perusteet /2010 43
Mikroaallot ( 1 GHz … 40 GHz)
Etenevät suoraansietävät hyvin häiriöitäantenni /satelliitti on suunnattava
tunkeutuvuus pienempiheijastuksia: kiinteät esteet, sääilmiöt, esim. vesisade
pulaa taajuuksista => luvanvaraistaNMT: 450 MHz, GSM: 900 MHz, 1800 MHz
verkkojen perustaminen ‘halpaa’
KäyttöTV (UHF), radio (FM), puhelimet, satelliititWLAN: 2,4 GHz, 5 GHz
Tietoliikenteen perusteet /2010 44
SatelliititMikroaallot
Maata kiertävällä radallaLEO (Low Earth Orbit) noin150-1500 km korkeudessaMEO (Middle Earth Orbit) yli 1500 km korkeudessa
GeostationäärisetGEO ( Geosynchronous Earth Orbit)geostationäärinen = pysyy maahan nähden paikallaannoin 36000 km korkeudessaEtenemisviive satelliitin ja maa-asemien välillä n. 250 ms
Maa-asemaTiedonsiirto mahdollista, kun maa-asema on kohdalla
Tietoliikenteen perusteet /2010 45
Infrapuna–aallot ( ~300 GHz … 200 THz)
Etenevät suoraan, suunnattava
Huono tunkeutuvaisuusEivät siedä esteitä, lyhyet etäisyydetHeijastuksia
KäyttöKauko-ohjaimetJoissakin langattomissa lähiverkoissa
Ei tiukasti säädeltyä
Tietoliikenteen perusteet /2010 46
Signaalin vahvistaminenSignaali (aalto tai pulssi) vaimenee ja vääristyykulkiessaan siirtomediassa
Vaimeneminen (attenuation)eri taajuudet heikkenevät eri tavoin, suuret enemmänViivevääristyminen (delay distortion)Eri taajuuksien komponentit etenevät hieman eri nopeuksilla jasaapuvat vastaanottajalle hieman eri aikaanErilaiset häiriöt: kohina, ylikuuluminen, heijastuminen, jneVahvistimet ja toistimeteri komponentteja vahvistettava eri tavoin
analoginen signaali vääristyy joka kerralla yhä enemmän ja enemmän
digitaalinen signaali on palautettavissa entiselleen
Tietoliikenteen perusteet /2010 47
Tietoliikenteen perusteet
Viivettä
siirtotiellä
Tietoliikenteen perusteet /2010 48
Etenemisviive (propagation delay)
Bitit (signaalit) etenevät siirtomediassamediasta riippuen noin 2/3 valonnopeudesta
Riippuu etäisyydestä ja hieman siirtomediastamerkitystä etenkin satelliittilinkeillä,myös pitkissä mannerten välisissä yhteyksissä
Valonnopeus on kattonopeus kaikelle liikenteelle~300.000 km/s
Etenemisviivettä ei yleensä tarvitse huomioida tällä kurssilla,ellei sitä ole erikseen mainittu tai kysytty.
Tietoliikenteen perusteet /2010 49
Aika, jokakuluupaketinsiirtoonkolmenlinkin yli
aika
R R R RRlinkki1 linkki 2 linkki 3
etenemisviive
siirtoviive
Etenemisviive
Animaatio: http://wps.aw.com/aw_kurose_network_4/63/16303/4173750.cw/index.html
Tietoliikenteen perusteet /2010 50
Viive reitittimessä
ProsessorointiviiveTarkista bittivirheet, hylkää virheelliset paketit
Tutki paketin otsake, selvitä reititystaulusta, mille linkille menossa
Jonotusviive (queuing delay)
joutuu odottamaan reitittimen puskureissa / jonoissa vuoroaan
Siirtoviive + etenemisviiveSiirtoviive = paketin lähettämiseen (linkille siirtämiseen) kuluva aika
etenemisviive = bittien etenemiseen linkillä kuluva aika
reititin
jonotusviive
prosessointiviive
siirtoviive
etenemisviiveRR
Tietoliikenteen perusteet /2010 51
Tietoliikenteen perusteet
Protokolla,
protokollapino
Tietoliikenteen perusteet /2010 52
Protokollien kerrostaminen
Protokolla = yhteyskäytäntöMitä sanomia, missä tilanteessa ja missä järjestyksessälähetetäänMiten saatuihin sanomiin reagoidaanSanomien syntaksi ja semantiikka
Protokollapino = protokollien kerrosrakenneToiminnot on jaettu kerroksiin
Järkevä kerrosjakoAlemman kerroksen toiminnot ovat ylemmän käytössä
Palvelu ja sen toteutus erotettuKukin protokolla toimii yhdellä kerroksella ja toteuttaa tämänkerroksen jonkin palvelun.
HTTP, SMTPTCP, UDPIP
Tietoliikenteen perusteet /2010 53
Miksi kerrosrakenne?Monimutkaisuuden hallintaKerroksittainen viitemalli (reference model) helpottaaasiakokonaisuuksiin viittaamistaKullakin kerroksella omat selkeät tehtävänsäKerroksissa toteutuu omat ’lisä’toiminnotVoi käyttää olemassaolevia alemman kerroksen toimintojaKerrosten rajapinnat (interface) hyvin määriteltyjäKaksisuuntainen ’palveluluukku’: mitä tekee, kuinka on käytettävissäJoustavuusPino koottavissa erilaisista protokollistaKerroksen toteutusta voi muuttaa, kunhan rajapinnat ennalllaanJos kerroksia on paljon, se voi vaikuttaasuorituskykyynSama työ toistamiseen, esim. virhetarkistusKutsumekanismi: kopiointia paikasta toiseen, ..
Tietoliikenteen perusteet /2010 54
Esimerkki: Lentoyhtiö
Ticket (complain)
Baggage (claim)
Gates (unload)
Runway (landing)
Airplane routingAirplane routing Airplane routing
Ticket (purchase)
Baggage (check)
Gates (load)
Runway (takeoff)
Airplane routing
departure airport arrival airportintermediate air-traffic control centers
ticket
baggage
gate
takeoff/landing
routing
protokollarajapinta Kurose, Ross: Fig. 1.18
Tietoliikenteen perusteet /2010 55
Internet-protokollapino
1969: aluksi TCP ja IP samassa nipussa
1980: uusittu TCP, UDP ja IP
LähtökohdatTarve yhdistää monia hyvin erilaisia verkkoja
Vikasietoisuus
De-facto-standardiEnsin toimiva protokollatoteutus, sitten viitemalli
RFC-julkaisuja, standardeja
TulosKoneilla yksikäsitteiset IP-osoitteet
Pakettikytkentäinen verkko: IP-pakettien välitystä
Yhteydellinen (TCP) ja yhteydetön (UDP) palvelu.
Tietoliikenteen perusteet /2010 56
Internet-protokollapino (2)
sanoma
segmentti
datagrammi (paketti)
kehys
bittivuo
Sovelluskerros(Application)
Kuljetuskerros(Transport)
Verkkokerros(Network)
Linkkikerros(Link)
Fyysinen kerros(Physical)
Protocol Data Unit (PDU):
5
4
3
2
1
Ohjelm
ialaitteistoa
Tietoliikenteen perusteet /2010 57
Kerrosten tehtävät
Sovellus: verkkosovellusten omat protokollatHTTP, DNS, SMTP, FTP, ….
Kuljetus: sanomien siirto prosessilta prosessille(“päästä-päähän”)TCP, UDPsiirtää sanomien bittivirtaa segmentin kokoisina lohkoina
Verkko: pakettien reititys verkossa, siirtolähettäjäkoneelta vastaanottajan koneelleIP, reititysprotokollatmuodostaa segmenteistä paketteja, tarvittaessa pilkkoo pienemmiksi
Linkki: siirtää paketit kehyksinä kahden koneen välilläEthernet,WiFi, PPP
Fyysinen: generoi, siirtää ja vastaanottaa bittejä koneeltatoiselle
sovelluskuljetusverkkolinkkifyysinen
Tietoliikenteen perusteet /2010 58
Sovellus:Kuljetus:Verkko:Linkki:
Fyysinen: 0101110…01
sanoma
sanomaH3
H3 sanomaH2
H2 H3 sanoH1
H1 H2 ma
Sovellus:Kuljetus:Verkko:Linkki:
Fyysinen: 0101110…01
sanoma
sanomaH3
H3 sanomaH2
H2 H3 sanoH1
H1 H2 ma
Verkko:Linkki:
Fyysinen: 0101110…01
H3 sanomaH2
H2 H3 sanoH1
H1 H2 ma
Linkki:
Fyysinen: 0101110…01
H2 H3 sanoH1
H1 H2 ma
Reititin Linkkitason kytkin
Kapselointi
Tietoliikenteen perusteet /2010 59
ISO OSI-viitemalli7-kerroksinen malliISO = International Standardization OrganizationOSI = Open Systems Interconnectionyhdistää koneita, jotka ‘avoimia’ kommunikointiin toistenkanssaKäsitteellisesti ehjä malli,
1978 -> 1982 viitemalli
1983 -> toiminnallisia standardeja
1995 uudistuksia
mutta ei paljoakaan käytössäKatoavaa kansanperintettäkö?Vai vasta tulossa?
sovellus
kuljetusverkko
linkkifyysinen
esitystapa(presentation)istunto(session)
Tietoliikenteen perusteet /2010 60
ISO OSI-viitemalliEsitystapakerros
Huolehtii tiedon esitysmuodostaTiedon esitystapa voi olla erilainen eri koneissaKäytettävästä siirtosyntaksista sopiminen
Muuttaa tiedon siirtosyntaksin mukaiseksiabstrakti tietorakenne (esim. henkilötietue) siirtomuotoon
Salaus ja tiivistys haluttaessa
IstuntokerrosJäsentää tietojen vaihtoa istunnossa
kommunikointitavasta sopiminen: kaksi- vai yksisuuntainenlähetysvuoronsäätely
Tahdistaa kommunikointia esim. tiedostonsiirrossaTahdistuspisteet: jos yhteys katkeaa, voi jatkaa siitä mihin jäi
Sama toiminnallisuus (+ paljon muuta) rakennettavissa TCP/IP-kerrosten päälle = väliohjelmistot (middleware)
Tietoliikenteen perusteet /2010 61
Kertauskysymyksiä
Isäntäkone vs. reititin?Protokolla vs. palvelu?Vertaisverkkomalli vs. asiakas-palvelin malli?Fyysinen siirtomedia?Piiri- ja pakettikytkentä? Hyödyt ja haitat?Viipeet ja pakettien katoamisetInternet-protokollakerrokset ja niiden tehtävät?Miksi kerrosrakenne?Mitä protokollakerroksia eri laitteissa tarvitaan?
Ks . myös kurssikirja ss. 67-69.