Jouluteema 2015: Lähiverkot – Paketit

Kuten Jouluteeman edellisessä osassa kerrottiin, tieto kulkee verkoissa tiettyjä reittejä pitkin tiedon lähettäjän ja vastaanottajan osoitteiden mukaan.

Tieto kulkee verkossa ns. paketteina. Internet on pakettiverkko, eli tieto kulkee vain silloin, kun joku verkkoon liitetty laite lähettää paketin toiselle laitteelle. Yhteys ei ole jatkuvasti auki.

Jos pieni Matti-poika nyt kirjepostin hitauteen ja epävarmuuteen kyllästyneenä päättääkin lähestyä Joulupukkia sähköpostilla, tilanne ei teorian tasolla olennaisesti muutu. Tosin kirjeen sijasta Matti lähettääkin Joulupukille nk. paketin.

Kun Matti avaa tietokoneensa (joka on isoveljen vanha ja hidas kuin mikä, ja johon asiaintilaan Matin yhteydenotto Joulupukkiin taitaakin liittyä) ja kirjoittaa sähköpostisovelluksessaan viestin osoitteeksi Joulupukin osoitteen ja viestikenttään toiveensa, ja lopuksi klikkaa Lähetä-nappia, Matti oikeastaan lähettää liikkeelle paketin. Sen tämän tarinan kannalta olennaista sisältöä ovat lähettäjän ja vastaanottajan tiedot sekä sisällön eli Matin viestin koko bitteinä. Bitti on tiedon pienin käsiteltävä osa, ja se esitetään binäärimuodossa, eli ykkösinä ja nollina. Bittien määrät ilmaistaan yleensä tavuina. Yhdessä tavussa on kahdeksan bittiä.

Tietoliikenteessä puhutaan protokollista eli yhteyskäytännöistä. Kun Matin tietokone on lähettänyt paketin, se kulkee protokollien mukaisesti lähettäjältä vastaanottajalle.

Protokollalla tarkoitetaan muissa yhteyksissä käyttäytymissääntöjä. Esimerkiksi diplomaattipiireissä valtiollinen protokolla määrää henkilöiden keskinäisen arvojärjestyksen, istumapaikat päivällispöydissä, pukeutumissäännöt jne. Tietoliikenteessä protokollan merkitys on periaatteellisessa mielessä samanlainen, eli protokolla lyhyesti ilmaistuna määrää, miten ja missä järjestyksessä tietoliikenneyhteydet toteutuvat.

Käytössä on ns. OSI-malli, joka kuvaa tiedonsiirtoprotokollat seitsenkerroksisena mallina. OSI-malli takaa sen, että tieto kulkee verkossa niin kuin on suunniteltu, ja sellaisessa muodossa, kuin on tarkoitettu. OSI-mallissa kuvataan sovelluskerros, esitystapakerros, istuntokerros, kuljetuskerros, verkkokerros, siirtoyhteyskerros sekä alimpana fyysinen kerros. OSI-mallin ohella tietoliikenneverkkoja kuvataan TCP/IP-mallilla, jossa on vain neljä kerrosta: sovelluskerros (OSI-mallin kolme ylintä kerrosta), kuljetuskerros, verkkokerros sekä peruskerros (OSI-mallin siirtoyhteyskerros ja fyysinen kerros).

Yksi tapa mieltää tiedonsiirtoprotokollat on ajatella paketin kiitävän eetterissä tai kaapelissa seitsenkerroksista väylää pitkin siten, että paketin jokainen osa tietosisältöineen kulkee ikään kuin omassa kerroksessaan, omaa protokollaansa noudattaen. Lähetyshetkellä kerrokset kootaan ns. pinoksi ja vastaanotossa ne taas puretaan alkutekijöihinsä.

Välillä paketti saattaa päätyä reitittimen huostaan, jolloin reititin tarkastaa paketin tiedot ja ohjaa sen eteenpäin parasta mahdollista reittiä pitkin, usein seuraavalle reitittimelle, joka puolestaan ohjaa paketin taas uudelleen eteenpäin. Näitä reitittimeltä toiselle ohjauksia kutsutaan hypyiksi (eng. ’hop’).  Paketti ohjautuu hyppyinä niin kauan, kunnes reititin tunnistaa vastaanottajan osoitteen ja toimittaa sen perille.

Kun paketti on saapunut vastaanottajalle ja purettu, fyysisessä kerroksessa määritelty laite asianomaisen sovelluksen avustuksella toistaa paketin sisällön. Tässä tapauksessa Joulupukki huomaa saaneensa uuden sähköpostin ja klikkaa sen auki. Joulupukin luettua viestin Matilla on entistä paremmat mahdollisuudet saada joululahjaksi isoveljen vanhaa myllyä tehokkaampi tietokone.

Seuraavassa Jouluteeman osassa perehdytään tarkemmin lähettäjän ja vastaanottajan osoitteisiin, mitä ne ovat ja mihin niitä tarvitaan.

Jouluteema 2015: Lähiverkot – Mitä ne ovat?

Internet on verkkojen verkko. Tänä päivänä Internet on lähes koko maapallon laajuinen. Valtamerten pohjissa kulkee kaapeleita, joita pitkin tieto siirtyy  mantereelta toiselle tänä päivänä jo valtavalla nopeudella, jopa 2,5 Gb/s.

Mitä ne verkot, joista Internet muodostuu, sitten ovat? Ne voivat olla valtioiden tai kaupunkien julkisia verkkoja tai peräti vain yksittäisten yritysten, laitosten tai kotien alueilla ylläpidettyjä yksityisiä tietoliikenneverkkoja, lähiverkkoja. Kun erilaiset verkot liitetään toisiinsa tietoliikenneteknologian avulla, syntyy Internet.

Lähiverkko on siis tietyllä maantieteellisellä alueella toimiva tietoliikenneverkko. Tutuin lähiverkko itse kullekin voisi olla oman kodin, koulun tai työpaikan lähiverkko, jossa verkon piirissä olevat tietotekniset laitteet on yhdistetty toisiinsa ja useimmiten myös Internetiin joko kaapeleilla tai langattomasti.

Tietokoneita, jotka on liitetty verkkoon ja osallistuvat verkon toimintaan, kutsutaan isäntäkoneiksi (eng. ’host’), tai päätelaitteiksi.

Tietokoneita, jotka erityisen niihin asennetun ohjelmiston avulla tarjoavat ja toimittavat informaatiota samassa verkossa oleville isäntäkoneille, kutsutaan palvelimiksi, esimerkiksi sähköposti- tai web-palvelimiksi. Palvelimet ovat toisin sanoen tietokoneita, joihin on asennettu yksi tai useampi käyttötarkoitukseen sopiva palvelinohjelmisto. Ne voivat palvella samanaikaisesti useita päätelaitteita.

Tietokoneita, jotka niihin asennetun ohjelmiston avulla voivat pyytää palvelimelta informaatiota ja toistaa sen, kutsutaan asiakaskoneiksi (eng. ’client’). Tällainen ohjelmisto on esimerkiksi nettiselain, kuten Edge, Chrome tai Firefox. Yhteen asiakaskoneeseen voi olla asennettuna useita ohjelmistoja ja ne kaikki voivat suorittaa tehtäviä yhtäaikaisesti käyttöjärjestelmässä (kuten Windows, OSX, Linux).  Sama käyttäjä voi yhtä aikaa kirjoittaa sähköpostia, käsitellä kuvia kuvankäsittelyohjelmalla ja surffata Internetissä ja pyytää ja saada tätä varten informaatiota useilta palvelimilta.

Mikäli saman verkon tietokoneet toimivat sekä palvelimina että asiakaskoneina, on kyseessä vertaisverkko (eng. ’peer-to-peer’). Silloin tietokoneet voivat jakaa keskenään esimerkiksi tiedostoja tai tulostimen.

Verkon perusrakenne eli infrastruktuuri voi täten olla hyvinkin yksinkertainen tai monimutkainen. Infrastruktuurissa on kolme peruskomponenttia: laitteet, kaapelointi ja prosessit.

Laitteet ja kaapelointi ovat verkon fyysisiä elementtejä, eli kannettavia tai pöytätietokoneita, kytkimiä, reitittimiä, modeemeja ja näiden välillä kulkevia kaapeleita. Verkko voi myös olla langaton, jolloin kaapeleita ei ole, vaan tieto kulkee halki ilman ja jopa seinien läpi radiotaajuuksilla. Englannin kielessä tätä verkon fyysistä osaa kuvataan sanalla ’media'(medium =  väline), joka sisältää myös langattomat yhteydet. Fyysiset komponentit ovatkin tavallaan välineitä, joiden välityksin tieto kulkee. Tässä yhteydessä ei  kuitenkaan viitata joukkotiedotusvälineisiin, joista käytetään myös yhteiskäsitettä media.

Prosesseja puolestaan suorittavat loogiset elementit, eli sovellukset, joita tietokoneilla käytetään. Sovellukset juuri ohjaavat ja siirtävät tietoa verkossa. Ne ovat verkkojen toiminnalle välttämättömiä.

Jokaisella verkkoon kytketyllä päätelaitteella on tietty osoite, jolla se voidaan tunnistaa joko tiedon lähettäjäksi tai vastaanottajaksi. Laitteilla, jotka välittävät tietoa, kuten kytkimillä ja reitittimillä, on myös tietty osoite. Kytkimet ja reitittimet hyödyntävät tiedon lähettäjän ja vastaanottajan osoitteita sekä yhteyttä koskevia tietoja etsiessään tiedolle sopivaa reittiä verkossa tai verkkojen välillä.

Tätä kaikkea voisi verrata postin kulkemiseen. Jos pieni Matti-poika haluaa lähettää Joulupukille kirjeen, Matin on kirjoitettava kirjekuoreen Joulupukin nimi sekä osoite, jotta posteljooni osaa kuljettaa kirjeen oikeaan paikkaan ja oikealle henkilölle, käyttäen parasta – joskaan ei aina nopeinta – mahdollista reittiä. Matin on kirjoitettava kuoreen myös oma osoitteensa. Lisäksi osoitteen on oltava oikein kirjoitettu ja posteljoonin kyettävä varmistumaan siitä, että henkilö, jolle hän kirjeen toimittaa, todella on Joulupukki. Jos kirjeen vastaanottaa joku muu kuin Joulupukki, hän todennäköisesti palauttaa kirjeen, tai vain heittää sen roskiin, jolloin viesti ei ikinä mene perille eikä Matti-pojan joululahjatoive päädy Joulupukin tietoon. Jos väärä vastaanottaja on rehellinen ihminen ja palauttaa kirjeen, voi Matti vielä tarkistaa osoitteen ja lähettää sen uudelleen, jolloin kirje päätyy sinne, mihin oli tarkoituskin.

Seuraavissa Jouluteeman osissa tutustutaan mm. verkon arkkitehtuuriin, pilvipalveluihin, verkon tietoturva-asioihin ja moniin muihin lähiverkkojen ominaisuuksiin.