Protokollien yleiset toiminnot Tietoliikenteen standardointi

Esitys aiheesta: "Protokollien yleiset toiminnot Tietoliikenteen standardointi"— Esityksen transkriptio:

1 Protokollien yleiset toiminnot Tietoliikenteen standardointi
, Luento 3 Protokollien yleiset toiminnot Tietoliikenteen standardointi

2 Protokollien toimintoja
Erilaisten protokollien perustoimintoja (kaikki toiminnot eivät tietenkään sisälly kaikkiin protokolliin): Segmentointi ja kokoaminen (segmentation and reassembly) Paketointi (encapsulation) Yhteyden hallinta (Connection control) Toimitus oikeassa järjestyksessä (ordered delivery) Vuon valvonta (flow control)

3 Protokollien toimintoja
Erilaisten protokollien perustoimintoja (kaikki toiminnot eivät tietenkään sisälly kaikkiin protokolliin): Virheen havainnointi (Error control) Osoitteet (Addressing) Kanavointi (Multiplexing) Kuljetuspalvelut (Transmission services)

4 Segmentointi ja kokoaminen
Protokollan tehtävänä on datavirtojen välittäminen kahden kommunikoivan olion välillä (datalohkoina riippuen sovelluksesta) Kaikilla kerroksilla ei kuitenkaan käsitellä samankokoisia datalohkoja, jolloin pienempiä lohkoja käsittelevä kerros voi joutua pilkkomaan datan pienempiin osiin (segmentointi)

5 Segmentointi ja kokoaminen
Mahdollisia syitä segmentoinnille Verkko voi usein käyttää vain tietyn kokoisia datalohkoja. Esim. ATM 53 (5 + 48) tavua ja Ethernet maksimissaan 1526 tavua) Virheenkorjaus on usein tehokkaampaa pienellä paketilla. Esim. selective repeat tekniikassa päästään vähemmillä biteillä Tasaisempi verkon käyttö. Jos lähetetään valtavia paketteja, niin yksi sovellus saattaa varata koko siirtotien Pienempi datalohkon koko mahdollistaa pienemmät lähetys- ja vastaanottopuskurit Mahdollistaa lähetyksen sisällä tarkastuspisteiden käytön

6 Segmentointi ja kokoaminen
Segmentoinnin haittoja: Mitä pienempi datalohko sitä enemmän ohjausinformaatiota joudutaan siirtämään Paketin saapuminen voi aiheuttaa keskeytyksen mikä tietysti hidastaa toimintaa Enemmän aikaa käytetään yksittäisten data-pakettien käsittelyyn Kokoaminen on luonnollisesti segmentoinnin vastatoimenpide

7 Ohjausinformaatio voi olla
Paketointi Datalohkot sisältävät aina datan lisäksi ohjausinformaatiota (joskus dataa ei ole ollenkaan) Ohjausinformaatio voi olla Osoite esim. lähettäjä / vastaanottaja Virheenkorjauskoodi esim. pariteetti Protokollan ohjausinformaatio Ohjausinformaation lisäämistä kutsutaan paketoinniksi

8 Yhteyden hallinta Olioiden välinen kommunikointi voi tapahtua: Yhteydettömästi esim. pakettikytkentä Yhteydellisesti esim. piirikytkentä Yhteydellinen kommunikointi on suotavaa, mikäli Siirrettävää dataa on jatkuvasti paljon ja/tai vaaditaan realiaikaisuutta protokollan tulee toimia dynaamisesti

9 Yhteyden hallinta Yhteydellinen kommunikointi koostuu Yhteyden muodostaminen Tiedon siirto Yhteyden purkaminen Kehittyneissä protokollissa yhteys voidaan keskeyttää (interrupt) ja palauttaa (recovery)

10 Yhteyden hallinta

11 Yhteyden hallinta Yhteyden muodostamisessa: Toinen olioista pyytää yhteyttä (yhteydetöntä kommunikointi käyttäen) Vastaanottaja joko hyväksyy tai hylkää pyynnön Molempien tulee tietysti käyttää samaa protokollaa Voidaan neuvotella syntaksiin, semantiikkaan tai ajastukseen liittyvistä asioista

12 Tiedonsiirtovaiheessa:
Yhteyden hallinta Tiedonsiirtovaiheessa: Sekä dataa että ohjausinformaatiota vaihdetaan Yhteys voidaan lopettaa kumman tahansa kommunikoijan tai palvelun tarjoajan toimesta Tärkeä osa yhteyden hallintaa on tietoyksiköiden numerointi (sequencing) Numeroinnilla mahdollistetaan oikea järjestys, virheenkorjaus ja vuon valvonta

13 Toimitus oikeassa järjestyksessä
Olioiden välillä välitetyt paketit eivät välttämättä aina saavu oikeassa järjestyksessä johtuen pakettien eri reiteistä tai virheistä Yhteydellisessä kommunikoinnissa vaaditaan yleisesti oikeata järjestystä Jos paketit numeroidaan, niin ne voidaan helposti järjestää uudelleen ongelmana on lähinnä numeroinnin rajallisuus

14 Vuon valvonta Vuon valvonta on toimenpide, jolla vastaanottaja säätelee lähettäjän lähetysnopeutta Vuon valvontaa toteutetaan useiden kerrosten protokollissa Yksinkertaisimmillaan stop-and-wait jokaiseen pakettiin tultava vahvistus ennen seuraavan lähetystä Liukuvan ikkunan menetelmät jo varsin tehokkaita (lähetys/vastaanottopuskurit)

15

16 Virheenkorjaus Käytetään pienentämään virheiden vaikutuksia Usein virheen havainnointi ja uudelleenlähetys virheenhavainnointikoodi jokaisessa PDU:ssa, tarkistetaan vastaanotettaessa Uudelleenlähetystä ohjataan ajastimilla mikäli ei vahvistusta vastaanottajalta tietyssä ajassa, PDU lähetetään uudelleen Jossain protokollissa virheet voidaan myös korjata PDU:n virheenkorjauskoodin avulla Virheenkorjausta tapahtuu myös monilla kerroksilla

17 Virheentarkkailu Erilaisia tapoja virheentarkkailuun Virheiden havainnointi Saapuneiden pakettien vahvistus Uudelleenlähetys tietyn ajan jälkeen Virheellisten pakettien vahvistus Automatic repeat request (ARQ) stop-and-wait ARQ Go-Back-N ARQ Selective-reejct ARQ

18

19 Osoitteet Osoitteisiin liittyy monia eri asioita: Osoitustaso (addressing level) Osoituksen laajuus (addressing scope) Yhteystunnisteet (connection identifiers) Osoitustila (addressing mode) Esimerkkinä TCP/IP verkon toiminta

20 Osoitustasolla viitataan kommunikoivan olion tasoon järjestelmässä
Usein erillinen osoite varataan sekä järjestelmille että verkon solmuille (verkkotason osoite, IP osoite, NSAP) Järjestelmän sisällä paketti on ohjattava sovellukselle tai yhteydelle (TCP/IP:ssä portti, OSI:ssa SAP) TCP/IP:ssä käytetään kaksitasoista osoitusta (IP ja portti) kun taas OSI:ssa kullekin kerrokselle voidaan määrätä oma SAP

21 Osoitteet

22 Globaalin osoitteen oltava yksikäsitteinen ja kaikkialla käytettävissä
Osoituksen laajuus Verkkotason osoitetta käytetään pakettien reitittämiseen verkossa, jolloin se on globaali koko verkon alueella (esim. IP) Globaalin osoitteen oltava yksikäsitteinen ja kaikkialla käytettävissä Kullakin aliverkolla tulee olla yksikäsitteiset osoitteet kaikille verkon laitteille Esim. Ethernetin MAC, (yleisesti network attachment point address) Ylempien tasojen osoitteiden (portit, SAP:t) ei tarvitse olla globaaleja (portti 1 järjestelmissä A ja B voidaan merkitä A.1 ja B.1 => ainutlaatuisuus)

23 Yhteydettömässä kommunikoinnissa käytetään globaalia osoitetta
Yhteystunnisteet Yhteydettömässä kommunikoinnissa käytetään globaalia osoitetta Yhteystunnisteita käytetään lähinnä yhteydellisessä kommunikoinnissa Yhteystunnisteen käytöllä on etuja: pienempi ohjausinformaatio reititys helpottuu kanavointi helpottuu tilatietojen käyttö

24 Osoitustila Käytetty osoite voi olla Unicast Lähetys yhdelle järjestelmällä / oliolle Multicast Lähetys useammalle kuin yhdelle, mutta ei kaikille Broadcast Lähetys kaikille vastaanottajille

25 Osoitustilat

26 Kanavointi Multipleksointi Voidaan käsittää useina yhteyksinä yksittäiseen järjestelmään tai yksittäisellä siirtotiellä Esim. portit TCP/IP:ssä Vaihtoehtona on myös yhteyksien kuvaus tasolta toiselle one-to-one upward (monta ylemmän tason yhteyttä yhdelle alemman tason yhteydelle) downward (yksi ylemmän tason yhteys jaettuna useille alemman tason yhteyksille)

27 Kanavointi

28 Kuljetuspalvelut Protokollat voivat tarjota niitä käyttäville olioille erilaisia palveluita mainittujen ns. peruspalveluiden lisäksi: Prioriteetti viesti / yhteyskohtainen (esim. ohjausviestit mahdollisimman nopeasti perille / tietyn yhteyden paketit mahdollisimman nopeasti perille) Palvelutaso, palvelun laatu (quality of service) Tietoturva Riippuvat siirtojärjestelmästä ja alemman tason kerroksista

29 Standardointi Standardeja tarvitaan huolehtimaan niin fyysisestä, sähköisestä kuin toiminnallisesta yhteensopivuudesta eri järjestelmien välillä Perinteisesti tietokonevalmistajat ovat pyrkineet sitomaan asiakkaat omaan ympäristöönsä Verkkolaitevalmistajille yhteistyö on taas kaiken toiminnan perusta Internetin, hajautetun laskennan, … aikakaudella yhteensopivuutta vaaditaan kaikilta

30 Vahvistaa markkinat tuotteille
Standardointi Standardoinnin etuja: Vahvistaa markkinat tuotteille Antaa edellytykset massatuotantoon ja sitä kautta laskee hintoja Yhteensopivuus Mahdollistaa asiakkaan kannalta laitteiden valmistajien/tarjoajien todellisen kilpailuttamisen (laskee jälleen hintoja) Yhteensopivuus myös tulevaisuudessa

31 Standardointi Standardoinnin haittoja:
Standardit jäädyttävät teknologiaa Standardointiprosessin hitauden takia standardien valmistuttua uusia, paljon tehokkaampia tekniikoita on jo olemassa Useita standardeja samalle asialle Ei oikeastaan standardoinnin vaan standardointiorganisaatioiden heikkous. Nykyisellään eri organisaatioiden välillä jo enemmän yhteistyötä. Kompromissit Valitaan kaikkia osapuolia tyydyttävä ratkaisu

32 Standardointiorganisaatiot
Muutamia tärkeimpiä tietoliikenteen standardointiorganisaatioita: Internet Society Internetin standardointi ISO OSI -mallin kehitystyö ITU-T Telekommunikaatiostandardeja ATM Forum

33 Internet ja sen standardit
Internetissä sanan ”standardi” merkitys on epämääräinen Hyvin harvoin se tarkoittaa standardia sanan virallisimmassa merkityksessä eli jonkin standardointijärjestön hyväksymää standardia prosessi, joka standardien laadintaan liittyy on liian hidas näin nopeasti muuttuvalle alalle Usein standardeiksi kutsutaan teollisuusstandardeja melko vakiintuneita, johtavien valmistajien noudattamia periaatteita ja käytäntöjä Tavallisesti sanan "standardi" merkitys Internetissä on voimassa oleva RFC (Request For Comments) Nimestä huolimatta julkaistu asiakirja jota ei saa muuttaa, jos muutetaan niin pitää julkaista uutena RFC:nä

34 Internet ja sen standardit
Internetin standardointiorganisaation ydin on IETF (The Internet Engineering Task Force) Sen toimia ohjaavat IAB (Internet Architecture Board) Vastuussa Internetin kokonaisarkkitehtuurista Ohjaa ja hallitsee IETF:ää ja IESG:tä IESG (Internet Engineering Steering Group) Päättää mitkä RFC:t standardoidaan, IETF:n toimintojen tekninen hallinta Näiden kaikkien kattojärjestönä toimii ISOC (Internet Society)

35 Internet ja sen standardit
IETF(The Internet Engineering Task Force) vastaa RFC:istä ja Internetin standardoinnista RFC:istä puhutaan usein (virheellisesti) standardeina Kaikki ns. Internet-standardit julkaistaan RFC:inä Pieni osa RFC:istä on standardeja RFC:t ovat joukko asiakirjoja, jotka kuvaavat Internetin erilaisia käytäntöjä ja teknisiä määrittelyjä eli protokollia

36 Standardisointiprosessi
Tullakseen standardiksi määrittelyn tulee olla: vakaa ja ymmärrettävä teknisesti kilpailukykyinen määrittelyllä tulee olla useita itsenäisiä ja erillisiä yhteensopivia toteutuksia ja kokemusta määrittelyn toimivuudesta yleisesti tuettu ja hyväksytty tunnistettavasti hyödyllinen Internetille, joko osalle tai kokonaisuudelle

37

38 Standardointiprosessi
Itse prosessikin on määritelty RFC:nä (2026) ”Internet Draft” Epävirallinen luonnos jostain asiasta Muokataan ja osasta tulee RFC:itä Proposed Standard Standardiehdotus, jonka tulee ongelman olla riittävän vakaa, ymmärretty, hyvin kommentoitu ja käyttökelpoinen (vähintään 6 kk tässä vaiheessa) Draft Standard Laajat toteutukset ja käyttökokemukset -> voidaan havaita/korjata virheet/puutteet (vähintään 4 kk) Internet Standard

39 Standardointiprosessi
Osa RFC:istä ei edes pyri standardeiksi Best current practice kuvaa parhaan tavan tehdä jokin asia Ovat tiedottavia Informational Kokeilujen kuvauksia Experimental voi myöhemmin kehittyä standardiksi (lisäksi mm. RFC Standard for the transmission of IP datagrams on avian carriers, ) Historic Tieto RFC:n tai standardin ”tilasta” Onko vanhentunut tai korvattu uudella

40 Internet ja sen standardit
IETF on jakautunut kahdeksaan osaan aihealueiden perusteella (nykyiset aihealueet): Yleinen Sovellukset Internet Toiminnot ja verkonhallinta Reititys Turvallisuus Kuljetus (transport) Sub-IP (Internetin alla olevat kerrokset)

41

42 Internet ja sen standardit
Alueet ovat jakautuneet työryhmiin (working group) Perustetaan ratkaisemaan yhtä aihealueensa ”ongelmaa” yhdestä pariinkymmeneen per alue Ovat väliaikaisia Lakkautetaan ”ongelman” ratkettua

43 ISO International Organization for Standardisation ( Vapaaehtoinen, ei-kaupallinen organisaatio Jäseninä kansalliset standardointiorganisaatiot ANSI - USA Suomen standardisoimisliitto SFS Rakentuu työryhmiä sisältävistä komiteoista Nimi kreikan sanasta ”isos”, ”yhtäläinen”

44 ISO Historiaa Perustettu 1946 Yli standardia Standardeja hyvin monille eri aloille Tietoliikenteeseen: OSI mallin standardointi ISDN, modeemit (paljon erilaisia standardeja) Lankapuhelinverkot (hyvin monia standardeja) Tietoliikenteen standardit yhdessä IEC:n kanssa (international electrotechnical commission)

45 ISO Standardointi ensimmäisestä ehdotuksesta lopulliseksi koostuu seitsemästä vaiheesta: Idea Idea toimitetaan sopivalle tekniselle komitealle (TC) ja sen sisällä sopivalle työryhmälle (WG) Työryhmä tuottaa tekniset selvitykset ja julkaisee ne luonnosehdotuksena (DP, Draft proposal) DP:tä tutkitaan vähintään kolme kuukautta Kun yhteisymmärrys saavutetaan DP toimitetaan sihteeristölle

46 ISO Kirjaus Sihteeristö kirjaa DPn kahden kuukauden kuluessa sen hyväksymisestä teknisessä komiteassa Editointi Sihteeristö tuottaa DPstä ISOn mallien mukaisen dokumentin (teknisiä muutoksia ei tapahdu) Muokattu dokumentti muodostaa kansainvälisen standardin luonnoksen (DIS, Draft international standard)

47 ISO Keskustelu DISstä keskustellaan viiden kuukauden ajan Hyväksyntään vaaditaan 50% kannatus teknisessä komiteassa ja 75% kannatus kaikkien äänestävien organisaatioiden joukossa Dokumenttia voidaan muuttaa, mikäli riittävää kannatusta ei löydy Hyväksyntä Hyväksytty DIS palautetaan kahden kuukauden kuluessa sihteeristölle, josta se toimitetaan ISOn hallintaelimiin (ISO council)

48 ISO Kansainvälinen standardi Hallintaelimet hyväksyvät DISn kansainväliseksi standardiksi (IS, International standard) Julkaisu Hyväksynnän jälkeen ISO julkaisee uuden kansainvälisen standardinsa (vain toimituksellisia muutoksia) Toiminnan laajuuden takia käsittely hidasta

49 ITU-T ITU (International Telecommunication Union) - Telecommunications Standardization Sector ( YK:n alainen järjestö, joten jäsenet ovat eri maiden hallitukset ITU-T tuottaa suosituksia telekommunikointialan ongelmiin Yli 3500 suositusta

50 ITU-T Historiaa Perustettiin ITU:n organisaatiota muutettaessa Perustuu CCITT:n työhön Työ perustuu study group -ryhmiin, joita 14 Standardointiprosessit jaetaan 4 vuoden jaksoihin Aiemmin kaikki suositukset julkaistiin kerralla, mutta nykyisin käytetään nopeutettua menettelyä, jossa valmistuneet suositukset julkaistaan heti

51 ITU-T Working groups: Network and Service operation
Tariff and accounting principles Telecommunications Management Network and Network maintenance Protection against electro-magnetic environment effects Outside plant Data network and open systems communications Characteristics of telematic services Television and sound transmission Languages and General Software Aspects for telecommunication Systems Signalling Requirements and Protocols End-to-end Transmission Performance of Networks and Terminals General Network Aspects Transport Networks, Systems and Equipment Multimedia Services and Systems

52 WWW-linkkejä Internet ISO ITU IEC ETSI SFS ANSI