ITKP104 Teoria 2 - Sovelluskerros

Teoria 2 - Sovelluskerros

• P2P visualisointi
• Tor
• DNS (Domain Name System)
• SMTP, POP3, IMAP
• FTP

ITKP104 TCP asiakas

Tor (The Onion Router - anonyymi verkko)

• Muodostaa virtuaalisen piirikytkennän (ketjun reitittäviä laitteita) kommunikoivien osapuolten välille
• Virtuaalinen piiri Sovellus- ja kuljetuskerrosten välissä → voidaan käyttää eri sovellusprotokollia
• Ennen lähetystä sovelluskerroksen data 'paketoidaan' ja salataan useaan kertaan (sipuliin lisätään kerroksia)
• Jokaisella kerroksella on tieto vain edellisestä ja seuraavasta 'reitittävästä laitteesta'
• Kun dataa siirretään, jokainen virtuaalisen piirikytkennän reititin poistaa uloimman kerroksen

DNS (Domain Name System)

• Hajautettu hierarkinen rakenne
• URL: www.jyu.fi.[tyhjä]
• DNS Palvelinten roolit
  • Juurinimipalvelin ["piste tyhjä"]
  • Ylätason nimipalvelin [.fi] (TLD-nimipalvelin)
  • Autoritäärinen nimipalvelin [jyu.fi]
  • Ratkaisija (Resolveri) nimipalvelin [se joka joka alkaa pyynnöstä selvittää IP osoitetta]

DNS Iteratiivinen vs. rekursiivinen

DNS: kokeile itse (nslookup)

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

POP3 (Post Office Protocol)

Sähköpostin toiminta

Animaatio sähköpostin toiminnasta

Sähköposti Nordealta?

'Nordean' viestin lähetystiedot

Sähköposti APPIELD:ltä

Huomaa ison I -kirjaimen huijjausyritys pienenä l -kirjaimena, sekä pienen l -kirjaimen huijaus isona I -kirjaimena

FTP (File Transfer Protocol)

OSI -mallin kerrosten tehtävät

OSI mallin kerrosten tehtävät

Takaisin kurssin kotisivulle tai Teoria 2 osioon

Sovelluskerrokselta kuljetuskerrokselle

Teoria 2

Requirements for Internet Hosts -- Application and Support - RFC 1123

Requirements for Internet Hosts -- Communication Layers - RFC 1122

Sovelluskerroksen protokolla määrittelee

• Mitä viestejä käytetään
• Viestien syntaksin: mitä kenttiä viestissä ja kuinka ne erotetaan toisistaan
• Viestien semantiikka (merkitys)
• Säännöt sille, milloin lähetetään viestejä ja miten reagoidaan viesteihin
• Avoimia protokollia (RFCt) ja yksityisiä protokollia

Kuljetuspalvelun tarve riippuu sovelluksen tarpeesta

• Data perille
  • Oikealle sovellukselle
• Mahdollisuus käyttää useita verkkosovelluksia samaan aikaan
  • Yhdellä kuljetuskerroksen palvelulla?
• Datan eheys?
  • Ei virheitä datassa eikä kadonnutta dataa
• Ajoitus?
  • Viive (delay) ei voi olla sekunttiluokkaa esim. Internet-puheluissa
  • Viiven vaihtelu (delay jitter) ei saa olla suuri esim. suoratoistossa
• Kaistanleveys (tiedonsiirtokapasiteetti)?
  • Videopuhelussa kuvan siirto vie paljon enemmän 'kaistaa' kuin äänen siirto
• Tietoturva?
  • Palvelin tunnistaa asiakkaan? Asiakas tunnistaa palvelimen? Selkokielinen datansiirto kryptataan?

Internetin kuljetuspalvelut

• Data viedään oikealle sovellukselle
• Kuljetuskerroksen osoitteet (portit) laitteessa → useita samanaikaisia verkkosovelluksia
• Luotettava kuljetuspalvelu
• Yhteydellinen kuljetuspalvelu
• Ruuhkanhallinta ja vuonvalvonta
• Ajoitus?
  • Ei tällä hetkellä, ehkäpä jonain päivänä
• kaistanleveveys?
  • Ei tällä hetkellä, ehkäpä jonain päivänä
• tietoturva?
  • Ei, toteutetaan tarvittaessa kuljetuskerroksen ja sovelluskerroksen välissä
• Käytännön implementointi?
  • Soketti (rajapinta käyttöjärjestelmän protokollapinon toteutukseen)

Internetin kuljetuspalveluiden nimet

• Transmission Control Protocol (TCP)
• User Datagram Protocol (UDP)
• Datagram Congestion Control Protocol (DCCP)
• Stream Control Transmission Protocol (SCTP)
• Resource Reservation Protocol (RSVP)
  • Yksi ehdotus ajoituksen ja kaistanleveyden takaamiseksi
  • IntServ (Integrated Services) arkkitehtuurin resurssienvaraus protokolla
  • DiffServ (Differentiated services) ei käytä RSVP:tä mutta mainitaan se IntServ:n 'kilpailijana' (kevyempi, ei takaa absoluuttista ajoitusta tai kaistanleveyttä)
• Kuljetuskerroksen protokollien vertailua

Kuljetuskerros tarjoaa...

... kuljetuspalvelun sovelluskerrokselle käyttäen verkkokerroksen palveluita apunaan

• Minkälainen on verkkokerros Internetissä?
  • Pakettikytkentäinen
  • Kun verkko ruuhkautuu, paketteja saattaa hävitä
  • IP protokolla ei tarkista onko sen kuljettamassa datassa virheitä
• Verkkokerroksen palvelu Kuljetuskerrokselle?
  • Vie datan virheettömästi oikeaan osoitteeseen, jos vain pystyy!
  • Best Effort -palvelu
  • IP protokollaa ei kiinnosta
    • jos reitittimet hukkaa paketteja
    • jos fyysisellä tai linkkikerroksella tulee virheitä

Sovelluskerros haluaa kuljetuspalvelulta...

• Data perille (saa tulla virheitä)
  • Verkkokerros: Ok, verkkokerros vie oikealle laitteelle
  • Kuljetuskerrokselle jää: Data oikealle sovellukselle/prosessille
  • Toteutus: määritellään vastaanottajan kuljetuskerroksen osoite
• Mahdollisuus käyttää useita verkkosovelluksia samaan aikaan
  • Verkkokerros: sama se mitä dataa paketissa on, paketit jonoon vaan ja laitetaan ne verkkoon
  • Kuljetuskerros:
    • Lähetys: erotellaan lähtevät paketit lähettäjän ja/tai vastaanottajan (kuljetuskerroksen) osoitteen perusteella
    • Vastaanotto: kun verkkokerrokselta saadaan paketteja, niin (kuljetuskerroksen) osoitteen perusteella ohjataan ne oikealle sovellukselle/prosessille
    • TCP: myös verkkokerroksen osoitteita käytetään lähettäjä/vastaanottajaprosessin määrittämiseen
• Kurose-Ross 3. luku, Transport layer, kalvot 8-14

Kuljetuskerrokselta verkkokerrokselle

Teoria 2

Esimerkki kuljetuspalvelun toiminnasta

Kuljetuskerroksen palvelut sovelluskerrokselle

• Datan eheys (virheettömyys)?
  • Verkkokerros: ei kiinnosta
  • Kuljetuskerros:
    • UDP: tarkastetaan otsikkokenttien sekä datan mahdolliset virheet (IPv4:n kanssa ei pakollinen), hylätään virheelliset paketit
    • TCP: tarkastetaan otsikkokenttien sekä datan mahdolliset virheet, hylätään virheelliset paketit
    • TCP: lisäksi uudelleenlähetetään paketit jotka eivät tule perille
  • Sovelluskerros (verkko-ohjelman tekijä) voi valita käyttääkö TCP vai UDP palvelua
• UDP ja TCP protokollien yhteiset palvelut sovelluskerrokselle
  • Data perille oikealle sovellukselle/prosessille
  • Palvellaan samanaikaisesti useita prosesseja samalla kuljetuspalvelulla
  • Tarkastetaan otsikkokenttien sekä datan virheettömyys

Sovelluskerros haluaa kuljetuspalvelulta...

• Ajoitus?
  • Verkkokerros - I am doing my best, but all those other users...
    • pakettikytkentäinen, viive voi vaihdella paljon riippuen muun liikenteen määrästä
  • Kuljetuskerros
    • UDP: Lähetetään niin nopeasti kuin sovellus/käyttöjärjestelmä/tietokone/tiedonsiirtolinkki kykenee ja toivotaan että viive (ja varsinkin sen vaihtelu) pysyy aisoissa
    • TCP: Luotettavuus pääasia, uudelleenlähetykset aiheuttavat viivettä
    • TCP: On muuten myös Vuonvalvonta ja Ruuhkanhallinta palvelut! Mutta lisäävät viivettä...
  • Sovelluskerros - ei saa tätä palvelua kuljetuskerrokselta, täytyy itse keksiä jotain
    • Videostreamit:
      • valitaan yleensä TCP, lähetetään datapaketteja niin nopeasti kuin TCP kykenee (pitää odottaa kuittauksia, yms.)
      • puskuroidaan saapuvaa dataa, toivotaan että puskurissa oleva data riittää viiveen noustessa
      • jos ei riitä niin käyttäjä joutuu odottamaan
    • Reaaliaikainen video/puhe:
      • valitaan yleensä UDP, lähetetään datapaketteja niin nopeasti kuin UDP kykenee (tai sovelluksen tarve)
      • mahdollisesti korjataan virheitä vastaanottajalla, mutta ei uudelleenlähetyksiä
      • mahdollisesti puskuroidaan paketteja, jotta selvitään pienistä viiveen vaihteluista
      • myöhästyneet paketit käytännössä sama kuin kadonnut paketti, kuvan/puheen laatu kärsii

Sovelluskerros haluaa kuljetuspalvelulta...

• Kaistanleveys?
  • Kuljetuskerros: Lähetän niin paljon (bittiä sekunnissa) kuin verkkokerros kykenee palvelemaan
  • Verkkokerros: Lähetän niin paljon (bittiä sekunnissa) kuin linkkikerros kykenee palvelemaan
  • Linkkikerros: Lähetän niin paljon (bittiä sekunnissa) kuin fyysinen siirtotie vain kykenee lähettämään linkille
  • Linkkikerros: linkeillä voi olla eri tekniikka käytössä
  • Best Effort - ja riippuu fyysisestä sekä linkkikerroksesta
  • Sovelluskerros: alemmat kerrokset eivät voi taata tiedonsiirtonopeutta, täytyy itse keksiä jotain
  • Sovelluskerros: Videostream, puskuroidaan dataa ennenkuin käyttäjä painaa 'play'
  • Sovelluskerros: Reaaliaikainen video/puhe, vaihdetaan/valitaan heikompi laatuinen kuvan/äänen laatu

Sovelluskerros haluaa kuljetuspalvelulta...

• Tietoturva?
  • Kuljetuskerros: Ei tunnistautumista tai salausta
  • Verkkokerros: IPsec (Internet Protocol Security), tunnistautuminen ja koko verkkoliikenteen salaus kahden laitteen välillä
  • Verkkokerros: IPsec on yksi vaihtoehto VPN (Virtual Private Network) toteutukseksi
  • Linkkikerros: Riippuu linkistä, esim.
    • Ethernet: Ei tunnistautumista tai salausta
    • WLAN: Ei tunnistautumista, salaus optiona
    • 2G/3G/4G: tunnistautuminen ja salaus aina
  • Sovelluskerros: alempien kerrosten ei tarvitse taata tietoturvaa, täytyy itse keksiä jotain
  • Sovelluskerros: Transport Layer Security (TLS) tai Secure Sockets Layer (SSL) tai vastaava sovelluskerroksen ja kuljetuskerroksen väliin
  • Sovelluskerros: Jokin muu salaus- ja/tai tunnistautumismenetelmä liitettynä sovelluskerroksen protokollaan

Verkkokerros

Cyber World War

Verkkokerroksen palvelut

• Data oikealle laitteelle
  • Pitää selvittää reitti: Reititysprotokollat
  • Pitää kuljettaa data: IP protokolla
  • Virhetilanteet ja verkon diagnostiikka: ICMP protokolla
• Laite: Reititin
  • Reititys (routing): selvitetään reitit IP osoitteisiin
  • Välitys (forwarding): lähetetään dataa eteenpäin reititysinformaation perusteella
  • Reititysprotokolla: kommunikoi muiden reitittimien kanssa jakaen reititysinformaatiota
  • Reititysalgoritmi: määrittää reitit ja ylläpitää reititystaulua
  • Kun pakettia välitetään, katsotaan reititystaulusta (osoitteen perusteella) seuraava laite jolle paketti lähetetään
• Laite: Tietokone, puhelin, tabletti, ...
  • Reititystaulu kertoo onko kohde samassa verkossa vai ei
  • Käyttöjärjestelmä muodostaa reititystaulun verkkoasetusten perusteella
  • Listaus: netstat -rn, Muokkaus route add ...

Esimerkki hierarkisesta reitityksestä

JYU:n liittyminen Internettiin

Tutki mitä tietoja löydät

• https://stat.ripe.net/
• RIPE BGPlay

Hierarkinen reititys - jos sitä ei olisi...

• Skaalautuvuus
  • Jokaisen reitittimen täytyisi ylläpitää tietoa koko Internetin rakenteesta, jos ei olisi hierarkiaa
  • Internet ruuhkautuisi reitittimien päivitysviesteistä
  • Reititysalgoritmitmien laskenta kestäisi kauan
• Autonomia
  • Kaikki maailman verkot joutuisivat käyttämään samaa reititys protokollaa
  • Yritykset/organisaatiot eivät pystyisi piilottamaan oman verkkonsa toteutusta ulkopuolisilta
  • Oman verkon hallinta olisi maailmanlaajuisen reititysprotokollan vastuulla, eikä itsellä

Hierarkinen reititys - Toteutus

• IP osoite on hierarkinen (CIDR)
• Autonomous System (AS)
  • Reitittimet organisoidaan kuuluvaksi tiettyyn AS:ään
  • Yleensä yksi operaattori on yksi AS (isoilla operaattoreilla on useita AS tunnuksia)
  • AS:n sisällä
    • operaattori hallitsee verkkoaan ja käyttää haluamaansa reititysprotokollaa
    • reitittimet osaavat välittää sisäisen liikenteen
    • ulosmenevästä liikenteestä tiedetään reunareititin, joka vastaa AS:n ulkoisesta liikenteestä
  • AS:stä ulos
    • Mainostetaan mitkä osoiteavaruudet kuuluvat AS:n verkkoon, ei yksittäisiä osoitteita
    • Mainostetaan myös mitä muita AS:iä voidaan kyseisen verkon kautta saavuttaa
    • ulosmenevä liikenne lähetetään sellaiseen AS:ään joka mainostaa reittiä
    • ulosmenevän liikenteen kohde-AS;ään vaikuttaa myös tiedonsiirron hinta

Verkkokerrokselta linkkikerrokselle

Teoria 2

IP osoite kertoo laitteen sijainnin?

• IP osoite ei kerro sijaintia maapallolla! Vain sen kuinka paketit reititetään kohteeseen
• IP osoitteiden sijainnista voi olla tietoa: Sijaintitieto joudutaan keräämään esim. tietokannoista ja/tai seuraamalla reittejä
• Sijainnin voi piilottaa esim. proxy palvelimella
  • Etsi ensin jokin proxy palvelin, esim. google haku
  • Katso optioista että scriptien suoritus sallitaan
  • Mene sitten kurssin pääsivulle kopioimalla ao. osoite proxy sivustolle
  • http://users.jyu.fi/~arjuvi/opetus/itkp104/
  • Sivulla olevat skriptit saattaa näyttää 'sijaintisi', riippuu proxy palvelimesta ja käytetyistä asetuksista
  • Sen jälkeen mene ao. sivustolle, joka kerää tietoa siitä mistä päin maailmaa vierailijat tulevat
  • http://users.jyu.fi/~arjuvi/opetus/itkp104/2015/ITKP104_proxy_hits_2015.html
  • Jos intoa riittää niin kokeile eri maissa sijaitsevia proxy palvelimia

IP osoite

• "A name indicates what we seek. An address indicates where it is. A route indicates how to get there." (RFC 791)
• Kertoo laitteen sijainnin verkkohierarkiassa (ei fyysistä sijaintipaikkaa)
  • Osoite on hierarkinen - osoite on jaettu kahteen osaan: alkuosa (network prefix) ja laiteosa (host identifier) (aiemmin oli verkko-osa, aliverkko-osa, ja laiteosa)
  • Alkuosan perusteella paketti välitetään oikeaan verkkoon
  • Alkuosan synonyyminä nykyään saatetaan käyttää myös verkko-osaa, tai englannista johdettua prefix-osaa
  • IP osoitteiden lukumäärä
    • IPv4: 32 bittiä (binääriluku - 4 294 967 296 (2³²) osoitetta), joka koostuu neljästä tavusta
    • Ihmisystävällinen merkintä tapa, muutetaan tavut positiivisiksi kokonaisluvuiksi ja erotetaan ne pisteillä
    • esim. 173.194.32.63 on binäärisenä 10101101 11000010 00100000 00111111
    • IPv6: 128 bittiä (binääriluku - noin 3.4×10³⁸ (2¹²⁸) osoitetta)
    • Ihmisystävällinen merkintä tapa, jaetaan kahdeksaan neljän heksadesimaaliluvun ryhmään
    • esim. 2a00:1450:400f:801::1017, joka on lyhennys
    • osoitteesta 2a00:1450:400f:8010:0000:0000:0000:1017
    • 0010101000000000 0001010001010000 0100000000001111 1000000000010000 0000000000000000 0000000000000000 0000000000000000 0001000000010111

IP osoitetyypit

• Unicast - täsmälähetys (esim. Yle Areena, Nettiradiot, yms., kaikki 'normaali' liikenne Internetissä)
  • Yleisin osoitetyyppi, "yhden" laitteen osoite, voidaan käyttä lähettämiseen sekä vastaanottamiseen
• Broadcast - yleislähetys (vastaa ~ TV ja radio lähetyksiä radio/kaapeliverkosta)
  • Yleislähetysosoite, voidaan lähettää (ali)verkon kaikille laitteille sama paketti
  • 255.255.255.255 kaikille lähiverkon laitteille (ei mene reitittimen läpi)
  • tai esim. aliverkkoon 192.0.2.0/24 yleislähetysosoite on 192.0.2.255
  • IPv6:ssa ei mahdollista, hoidetaan Multicast:llä
• Multicast - ryhmälähetys (näin 'pitäisi' Yle Areena yms. toimia!!!)
  • Monilähetysosoite, laitteet voivat liittyä Multicast ryhmään (IGMP protokolla), jossa paketit välitetään kaikille jäsenille
  • Varattu osoitteet väliltä 224.0.0.0 - 239.255.255.255 (IPv4) ja ff00::/8 (IPv6)
  • Reitittimet hoitavat paketin kopiomisen ja välittämisen kaikille ryhmän jäsenille
• Anycast - 'Jokulähetys' (hajautetaan palvelu sijainnin mukaan)
  • Paketti voidaan välittää monelle vastaanottajalle, mutta valitaan se joka on fyysisesti lähimpänä
  • Käytetään kuorman tasaukseen palvelimilla sekä esim. DSN juurinimipalvelinten hajauttamiseen
  • IPv4:ssa ei suoraa tukea, hoidetaan yleensä AS:ien välisellä reititysprotokollalla (BGP)
  • IPv6:ssa osa spesifikaatiota

IP aliverkotus

• Aluksi ensimmäiset 8 bittiä oli verkko-osa (ja loput 'muuta' osaa), sitten kehitettiin luokallinen osoitteistus

Class	Leading bits	Size of network number bit field	Size of rest bit field	Number of networks	Addresses per network	Start address	End address
A	0	8	24	128 (27)	16,777,216 (224)	0.0.0.0	127.255.255.255
B	10	16	16	16,384 (214)	65,536 (216)	128.0.0.0	191.255.255.255
C	110	24	8	2,097,152 (221)	256 (28)	192.0.0.0	223.255.255.255

• D = Multicast, E = Varattu
• Lopulta: Classless Inter-Domain Routing (CIDR)
• Luokaton verkkotunnusten (domain) välinen reititys

IP aliverkotus - CIDR

• Aliverkkomaski
  • Kertoo kuinka monta bittiä IP osoitteesta on prefix osaa (loput on sitten laitteille)
  • Esim. /8 tarkoittaa että 8 ensimmäistä bittiä on prefix osaa
  • Tällöin siis aliverkkomaskissa kahdeksalla ensimmäisellä bitillä on arvo 1 (ja lopuilla arvo 0)
  • Eli /8 aliverkkomaski on 11111111 00000000 00000000 00000000
  • Tai piste-desimaalimuodossa 255.0.0.0
  • Tai esim. /23 jota vastaa maski
  • 11111111 11111111 11111110 00000000
  • eli 255.255.254.0
  • JYU verkko 130.234.0.0/16 (eli maski 255.255.0.0)
  • RIPE tietokanta
  • https://stat.ripe.net/
  • JYU:n liittyminen Internettiin

IP hierarkinen reititys - CIDR

• Aliverkkomaski
  • FUNET (AS1741) mainostaa (Announced Prefix): Meillä verkko 130.234.0.0/16 (osoitteet 130.234.0.0 - 130.234.255.255), reititys via AS1741
  • AS naapurit päivittää oman verkkonsa reitittimien reititystaulut (reititysprotokollalla)
  • AS naapurit mainostaa (mahdollisesti) omille naapureilleen (riippuu liikenteen laskutuksesta), esim. Nordunet (AS2603): Meillä reitti verkkoon 130.234.0.0/16 polku AS2603 AS1741
  • TeliaSonera (AS1299) mainostaa: Meillä reitti verkkoon 130.234.0.0/16 polku AS1299 AS2603 AS1741
  • Jos reitti neljään verkkoon (1) 130.232.0.0/16, (2) 130.233.0.0/16, (3) 130.234.0.0/16, (4) 135.232.0.0/16
  • Niin voisi mainostaa "meillä reitti verkkoon 130.232.0.0/14", mikä sisältää yo. verkot
  • Kun paketti pitää välittää yliopiston verkkoon (esim. 130.234.4.129), Internet-operaattorit tietävät mainosten perusteella mitä reittejä kohteeseen on olemassa ja Internet-operaattorit joiden läpi reitti kulkee
  • Mainosten tunnetun alkuosan pituus kasvaa kun lähestytään kohdetta, esim.
  • JYU verkossa reititystaulussa voisi olla 130.234.0.0/17 (130.234.0.0 - 130.234.127.255) ja 130.234.128.0/17 (130.234.128.0 - 130.234.255.255)
  • CIDR aliverkko laskin

Mistä niitä IPv4 osoitteita saa?

Mistä niitä IPv4 osoitteita saa - jatkuu

IPv4 osoitteiden loppuminen - eteneminen

Saako euroopassa enää IPv4 osoitteita?

• RIPE Network Coordination Centre (RIPE NCC)
  • Käytti vapaat osoitteensa loppuun alkamalla allokoimaan osoitteita viimeisestä /8 lohkosta
  • Jakaa vain yhden /22 (1024 IPv4 osoitetta) kullekin LIR (Local Internet registry):lle
  • Myönnetään vain jos hakijalla on olemassa oleva IPv6 allokaatio
  • Enää ei ole mahdollista (uuden) operaattorin olla yhteydessä Internettiin vain IPv4 tekniikalla
  • Yksi /16 lohko varataan IPv4 -> IPv6 siirtymistä varten
  • Kaikkien operaattoreiden tulisi ottaa IPv6 käyttöön

IPv4 vs IPv6

• Erot
  • osoite
  • kehysrakenne yksinkertaistettu
    • poistettu harvoin käytettyjä kenttiä
    • Vähentää pakettien käsittelyaikaa reitittimillä
  • ei DHCP:tä
    • IPv6 kykenee automaattisesti generoimaan itselleen osoitteen
  • ei erillisiä yleislähetysosoitteita

Siirtymäkausi IPv4 → IPv6

• IPv6 liikenne joudutaan tunneloimaan IPv4 verkon yli
• Tunnelointimenetelmiä
  • 6TO4 - IPv6 liikenne kapsuloidaan IPv4 paketin hyötykuormaksi
  • Terodo - IPv6 liikenne laitetaan UDP paketin hyötykuormaksi, joka välitetään IPv4:llä
  • Muita siirymävaiheen menetelmiä
• Tunnelointimenetelmistä tulee luopua kun Internet on kokonaan siirtynyt käyttämään IPv6 protokollaa

Linkkikerros - Teoria 2

• Johdanto ja palvelut
• Monipääsyprotokollat
• Linkkikerroksen osoitteet

Linkkikerroksen palvelut

• "Linkkikerros kuljettaa verkkokerroksen datan linkin yli seuraavalle (verkko)laitteelle, ja tekee tämän jokaisen linkin osalta vaikka linkkiteknologia vaihtuisi, jottei verkkokerroksen tarvitse siitä huolehtia"
• Yksittäisiä palveluita, joilla yo. toteutetaan
  • Kehystys ja linkille pääsy
    • Kapsuloidaan ylemmän kerroksen data (lisätään header/trailer)
    • Jos jaettu media, niin kanavanvaraus/kanavalle(linkille) pääsy
    • MAC osoite, linkkikerroksen osoite
  • Luotettavuus linkillä kahden laitteen välillä
    • Käytetään harvoin jos linkillä pieni virhetodennäköisyys
    • Käytetään esim. langattomilla linkeillä
    • Miksi luotettava tiedonsiirto sekä kuljetus että linkkikerroksella?
  • Vuonvalvonta
  • Virheiden havaitseminen
  • Virheiden korjaaminen
  • half-duplex vs. full-duplex

Monipääsylinkit

• Kaksi linkkityyppiä
• point-to-point (Pisteestä-pisteeseen, kahden laitteen välinen)
  • Linkkiä käyttää vain kaksi laitetta
  • Monipääsylinkki, jos half-duplex, eli kaksi laitetta ei voi käyttää linkkiä yhtäaikaa
  • Esimerkkejä
    • ADSL - Full-duplex, ala- ja ylälinkin liikenne eri taajuuksilla
    • Kytketty Ethernet (yhdistetään kytkimeen - switch), normaalisti half-duplex, Gigabitti-Ethernet vain full-duplex
    • GSM piirikytkentäinen (HSCSD) - Full-duplex, ala- ja ylälinkin liikenne eri taajuuksilla
• Jaettu langallinen tai langaton (monipääsylinkki)
  • Linkkiä voi käyttää useat laitteet
  • Esimerkkejä
    • Vanha Paksu Ethernet
    • Kytketty Ethernet (yhdistetään keskittimeen - hub)
    • WLAN
    • Matkapuhelinyhteys, GSM pakettikytkentäinen (GPRS) → 4G

Monipääsyprotokollat

• Kolme kategoriaa
  • Kanavan jakaminen
    • Jaetaan tiedonsiirtokanava pienempiin paloihin (esim. aika tai taajuus)
    • Pala on ainoastaan yhden laitteen käytössä
    • Koodilla jakaminen poikkeaa siten että kanava kaikkien yhtäaikaisessa käytössä
  • Hajasaanti (Random Access)
    • Kaikki laitteet käyttävät (koko) kanavaa vapaasti
    • Hyväksytään törmäykset (useampi kuin yksi yrittää lähettää samaan aikaan)
    • Toivutaan törmäyksistä
  • Vuorottelu
    • Jokainen laite lähettää vuorollaan
    • Vuoro kiertää laitteelta toiselle
    • Vuoron pituus voi riippua lähetettävästä datan määrästä

Kanavan jakaminen (x Division Multiple Access)

4G kandidaattien ja sen kilpailijoiden datanopeuksia

Ekstra: FDMA vs. FDM vs. FDD

• Frequency-Division Multiple Access (FDMA)
  • Taajuusjakoa käytetään usean käyttäjän linkillepääsyyn
  • Linkkikerrokksen kanavan jakamista
• Frequency-Division Multiplexing (FDM)
  • Taajuusjaolla jaetaan järjestelmän taajuuskaista pienemmiksi paloiksi
  • Tai kun taajuuskaista jaetaan eri järjestelmien kesken
  • Fyysisen kerroksen kanavan jakamista
• Frequency-Division Duplexing (FDD)
  • Lähetys ja vastaanotto on jaettu erillisiin taajuusalueisiin, jotta saadaa Full-duplex kommunikaatio
  • Fyysisen kerroksen kanavan jakamista
• Vastaavasti menee aikajaolle

Hajasaantiprotokollat

• Ei varata resursseja etukäteen
  • Jos on lähetettävää, niin lähetetään täydellä nopeudella
  • Käytetään sekä langallisissa (Ethernet) että langattomissa (WLAN) lähiverkoissa
• Hajasaantiprotokolla määrittelee
  • miten havaitaan törmäykset
  • miten selvitään törmäyksistä
  • Esimerkkejä: (Slotted) Aloha, CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA

Vuorotteluprotokollat

• Kaksi kategoriaa
  • Polling: Isäntälaite kyselee orjalaitteilta "onko lähetettävää" ja jakaa lähetysvuoroja tarpeen mukaan
  • Esimerkkejä: Bluetooth
  • Token passing: "Lähetyslupa (token)" -viestiä välitetään laitteelta toiselle
  • Esimerkkejä: Token Ring

Monipääsyprotokollien vertailua

• Kanavan jakaminen (FDMA ja TDMA)
  • Jakaa kanavan tehokkaasti ja reilusti suurella kuormalla
  • Pienellä kuormalla tehoton: Viive kanavalle pääsyssä, ja vain osa kanavasta käytössä
  • CDMA:ssa koko kanava käytössä (jaetaan aktiivisten kesken - kun tulee lisää aktiivisia käyttäjiä niin kaikkien tiedonsiirtonopeus pienenee)
• Hajasaantiprotokolla
  • Tehokas pienellä kuormalla: yksi laite voi käyttää koko kanavan kapasiteetin
  • Suuri kuorma: törmäyksistä aiheutuu uudelleenlähetyksiä ja viivettä
• Vuorotteluprotokolla
  • Ylläolevien parhaat ominaisuudet, mutta
  • viivettä vuoron jakamisen vuoksi
  • Kanavan kapasiteettia 'tuhlataan' vuoronjakamiseen, koko kapasiteetti ei datansiirron käytössä
  • Single point of failure: Isäntälaite tai token viesti

• Wikipedia: Channel access methods and Media access control (MAC)/Multiple-access protocols

Linkkikerroksen osoitteet

• MAC (tai LAN tai Fyysinen tai Ethernet tai Laite) -osoite
  • Tehtävä: Käytetään kehyksen viemiseen 'paikallisesti' liitynnältä toiselle (fyysisesti kytketylle) liitynnälle (saman IP-verkon sisällä)
  • 48 bittinen MAC osoite (useimmissa lähiverkoissa), poltettu verkkokorttiin ROM muistiin (yleensä)
  • Esim. 00-24-E8-42-9E-89, (heksadesimaalimuodossa), missä 8 bittiset tavut erotettu toisistaan '-' -merkillä
• MAC osoitteiden allokoinnista vastaa IEEE
• Standardoi myös linkki- ja fyysisen kerroksen tekniikoita, jotka käyttävät MAC osoitteita
• Esim. IEEE802.3 ja IEEE802.11
• (Verkkokortti)valmistajat ostavat MAC osoitteita

Verkko- ja linkkikerroksen osoitteista

• Analogia
  • MAC osoite: sosiaaliturvatunnus
  • IP osoite: postiosoite + nimi
  • Posti/IP -osoite: Jyväskylän yliopisto (130.234.x.x), Tietotekniikan laitos (x.x.169.x), Ari Viinikainen (x.x.x.82)
  • Sosiaaliturvatunnus/MAC: Jokin menetelmä (henkkarit/ARP) liittää yo. informaation henkilöön/tietokoneeseen
• MAC osoite ei ole hierarkinen: osoite voidaan siirtää verkosta toiseen
• IP osoite on hierarkinen, osoitetta ei voida siirtää verkosta toiseen

ARP (Address Resoluotion Protocol)

• Who has 130.234.169.82? Tell 130.234.169.1
• ARP selvittää linkkikerroksen osoitteen laitteelle, jolle paketti pitää välittää
• Posti tuo kirjeen:
  • Kysyy käytävällä: Missä on Ari Viinikaisen huone? (IP)
  • Minä huudan henkilötunnukseni (MAC) (henkkarit asetettu huoneiden oviin)
  • Posti kävelee käytävää ja verraten henkkareita jättää postin minun ovelle

Tähän loppui Teoria 2 osio

Takaisin kurssin kotisivulle tai Teoria 2 osioon tai Teoria 3 osioon