Miten Internet toimii. Jyry Suvilehto T Johdatus tietoliikenteeseen ja multimediatekniikkaan kevät 2011

Transkriptio

1 Miten Internet toimii Jyry Suvilehto T Johdatus tietoliikenteeseen ja multimediatekniikkaan kevät 2011

2 Sisältö 1. Internet ylhäältä alas 2. Internetin protokollapino 3. Katse kohti tulevaisuutta 2

3 INTERNET YLHÄÄLTÄ ALAS 3

4 Asiakas (käyttäjä, työasema ja selainohjelma) Nettiselailu Palvelin (palvelinkone ja -ohjelma) Internet Asiakas/palvelin-malli Nimiarvaruus: URL esimerkki.html 4

5 Tiedon muoto Tietokoneiden käsittelemä tieto on määrämuotoista Esim. HTML = hypertekstin merkintäkieli <!DOCTYPE html PUBLIC '-//W3C//DTD XHTML 1.1//EN' ' <html xmlns=' xml:lang='fi'> <head> <title>esimerkki</title> </head> <body>  <h1>otsikko</h1> <p>tämä on erittäin yksinkertainen webbisivu.</p> Sivun esimerkki.html lähdekoodi <div><img src=" 3-fi.gif" alt="aalto-yliopiston logo"/></div> </body> </html> 5

6 Protokolla Tiedon siirtoon palvelimen ja asiakkaan välillä pitää sopia yhteyskäytäntö eli protokolla: lähetettävät viestit ja niiden otsakkeet tilakone: kuka lähettää mitä ja milloin tiedon muoto siirtotie Esim. HTTP = hypertekstin siirtoprotokolla Protokollista sovitaan standardointiorganisaatioissa: IETF, W3C, Oasis, ISO, IEEE, 3GPP, ITU, 6

7 Protokolladroidi Toinen merkitys sanalle protokolla sosiaalisen kanssakäymisen säännöstö Tavattaessa kätellään Kysymykseen vastataan Tuntemattomat esitellään toisilleen Tarkoitus pohjimmiltaan sama Ennalta sovittu käytäntö, jota noudatetaan määritellyssä tilanteessa 7

8 Selaimelta palvelimelle: HTTP GET /jsuvileh/jotime/esimerkki.html HTTP/1.1 Host: User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 6.1; en-us; rv: ) Gecko/ Firefox/3.5.7 Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8 Accept-Language: en-us,en;q=0.5 Accept-Encoding: gzip,deflate Accept-Charset: ISO ,utf-8;q=0.7,*;q=0.7 Keep-Alive: 300 Connection: keep-alive Palvelimelta selaimelle: HTTP-pyyntö HTTP-pyynnön otsakkeet HTTP-vastaus HTTP/1.x 200 OK Date: Thu, 21 Jan :57:12 GMT Server: Apache/ (Unix) PHP/4.4.7 DAV/1.0.3 mod_ssl/ OpenSSL/0.9.8j Etag: "2f80a6-1d9-4b585a30"Accept-Ranges: bytes Keep-Alive: timeout=15, max=100 Connection: Keep-Alive Content-Type: text/html HTTP-vastauksen otsakkeet Tyypillinen asiakas/palvelin- <!DOCTYPE html PUBLIC '-//W3C//DTD XHTML 1.1//EN' ' <html xmlns=' xml:lang='fi'> <head> <title>esimerkki</title> protokollan </head> <body> rakenne: pyyntö  <h1>otsikko</h1> <p>tämä on erittäin ja yksinkertainen vastauswebbisivu.</p> <div><img src=" Data(HTML) alt="aalto-yliopiston logo"/></div> </body> </html> 8

9 Selaimelta palvelimelle: HTTP GET /jsuvileh/jotime/esimerkki.html HTTP/1.1 Host: User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 6.1; en-us; rv: ) Gecko/ Firefox/3.5.7 Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8 Accept-Language: Host: en-us,en;q=0.5 Accept-Encoding: gzip,deflate HTTP-pyynnön Accept-Charset: ISO ,utf-8;q=0.7,*;q=0.7 Keep-Alive: 300 otsakkeet Connection: keep-alive Palvelimelta selaimelle: HTTP-pyyntö GET /jsuvileh/jotime/esimerkki.html HTTP/1.1 User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 6.1; en-us; rv: ) Gecko/ Firefox/3.5.7 HTTP-vastaus Accept:text/html,application/xhtml+xml,applicat HTTP/1.x 200 OK Date: Thu, 21 Jan :57:12 GMT Server: Apache/ (Unix) PHP/4.4.7 DAV/1.0.3 mod_ssl/ OpenSSL/0.9.8j Etag: "2f80a6-1d9-4b585a30"Accept-Ranges: bytes Keep-Alive: ion/xml;q=0.9,*/*;q=0.8 timeout=15, max=100 Connection: Keep-Alive Content-Type: text/html HTTP-vastauksen Accept-Language: Tyypillinen en-us,en;q=0.5 otsakkeet Accept-Encoding: asiakas/palvelin- gzip,deflate Accept-Charset: ISO ,utf-8;q=0.7,*;q=0.7 <!DOCTYPE html PUBLIC '-//W3C//DTD XHTML 1.1//EN' ' <html xmlns=' xml:lang='fi'> <head> <title>esimerkki</title> protokollan </head> <body> Keep-Alive: rakenne: 300 pyyntö  <h1>otsikko</h1> Connection: <p>tämä erittäin ja yksinkertainen vastaus keep-alive webbisivu.</p> <div><img src=" Data(HTML) alt="aalto-yliopiston logo"/></div> </body> </html> 9

10 Selaimelta palvelimelle: HTTP/1.x 200 OK HTTP HTTP-pyyntö GET /jsuvileh/jotime/esimerkki.html HTTP/1.1 Host: User-Agent: Date: Mozilla/5.0 Thu, (Windows; 21 Jan U; Windows 2010 NT 6.1; 12:57:12 en-us; rv: ) Gecko/ GMT Firefox/3.5.7 Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8 Accept-Language: en-us,en;q=0.5 Accept-Encoding: Server: gzip,deflate Apache/ (Unix) HTTP-pyynnön PHP/4.4.7 Accept-Charset: ISO ,utf-8;q=0.7,*;q=0.7 Keep-Alive: DAV/ mod_ssl/ OpenSSL/0.9.8j otsakkeet Connection: keep-alive Etag: "2f80a6-1d9-4b585a30 Palvelimelta selaimelle: Accept-Ranges: bytes HTTP-vastaus HTTP/1.x 200 OK Date: Thu, 21 Jan :57:12 GMT Server: Keep-Alive: Apache/ (Unix) timeout=15, PHP/4.4.7 DAV/1.0.3 mod_ssl/ max=100 OpenSSL/0.9.8j Etag: "2f80a6-1d9-4b585a30"Accept-Ranges: bytes Keep-Alive: timeout=15, max=100 Connection: Connection: Keep-Alive Keep-Alive Content-Type: text/html HTTP-vastauksen otsakkeet Content-Type: Tyypillinen text/html asiakas/palvelin- <!DOCTYPE html PUBLIC '-//W3C//DTD XHTML 1.1//EN' ' <html <!DOCTYPE xmlns=' html PUBLIC '-//W3C//DTD XHTML 1.1//EN' xml:lang='fi'> ' <html <head> xmlns=' xml:lang='fi'> <head> <title>esimerkki</title> protokollan </head> <title>esimerkki</title> <body> </head> rakenne: pyyntö <body>  <h1>otsikko</h1>  <p>tämä on erittäin ja yksinkertainen vastaus <h1>otsikko</h1> webbisivu.</p> <div><img <p>tämä on src=" erittäin yksinkertainen webbisivu.</p> Data(HTML) alt="aalto-yliopiston <div><img src=" logo"/></div> </body> alt="aalto-yliopiston logo"/></div> </html> </body> </html> 10

11 HTTP HTTP eli Hypertext transfer protocol Hyperteksti on nimitys tekstille, jossa on hyperlinkkejä, käytännösä HTML/XML tässä yhteydessä HTTP yli voidaan sinänsä siirtää mitä tahansa,protokolla vain kehystää tiedon Kuvia Videoa Suoritettava ohjelma HTTP ei tarjoa virheenkorjausta, se olettaa että virheet korjataan ylä- tai alapuolella Protokolla on muotoa pyyntö-vastaus Pyyntö sisältää kaikki vastauksen muodostamiseen tarvittavat tiedot ja toiveet Asiakas toivoo, että palvelin vastaa pyyntöön 11

12 Siirtoprotokolla Kuinka HTTP-protokollan viestit siirretään asiakkaan ja palvelimen välillä? Vastaus: HTTP käyttää viestien siirtoon TCP-protokollaa 12

13 TCP:n tarjoama palvelu TCP toteuttaa kaksisuuntaisen tavuvirran asiakkaan ja palvelimen välillä Palvelin odottaa yhteyksiä; asiakas avaa yhteyden Kumpikin kirjoittaa ja lukee tavuja virrasta Asiakas 80 GET /~jsuvileh/jotime/esimerkki.html HTTP/1.x 200 OK Internet Palvelin Palvelut on numeroitu: HTTP-palvelinohjelma odottaa yhteyksiä porttinumerossa 80 Telnet-ohjelmalla TCP:tä voi käyttää käsin 13

14 Protokollapino ja rajapinnat Miten TCP siirtää tavuvirran asiakkaan ja palvelimen välillä? Vastaus: TCP jakaa tavuvirran lohkoihin ja lähettää lohkot IP-paketeissa Protokollat muodostavat pinon, jossa kukin käyttää alemman kerroksen palveluja HTTP kayttää TCP:tä, TCP käyttää IP:tä Kerrosten välillä on rajapinta TCP Socket API ohjelmointirajapinta sovelluksia varten 14

15 TCP:n toteutus Asiakas IP-paketteja Palvelin kolmen paketin kättely SYN ACK data SYN- ACK kaksisuuntainen tavuvirta paloiteltuna pakettehin data data Internet 15

16 IP:n tarjoama palvelu IP siirtää tietopaketteja kahden Internettiin yhdistetyn koneen (host) välillä Paketin koko yleensä alle 1500 tavua Kullakin koneella on IP-osoite Esim (IPv4) tai 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 (IPv6) Periaate: Jokaisella koneella on oma IPosoite ja mikä tahansa kone voi lähettää paketteja mille tahansa koneelle Erillinen DNS-hakemistopalvelu muuttaa nimiä ( osoitteiksi 16

17 Paketit verkossa Esimerkin paketit (Wireshark): 17

18 Asiakaskone löytää lähimmän reitittimen ja saa oman IPosoitteen automaattisesti DHCP-protokollalla IP-reititys Reitittimet kuljettavat IP-paketteja vastaanottajan IP-osoitteeseen Internet Kunkin koneen tarvitsee tietää vain oma lähin reititin Reitittimien pitää tietää millä puolella mikin verkon osa on 18

19 Linkkikerroksen palvelu Miten asiakas- ja palvelinkone siirtävät IPpaketin lähimmälle reitittimelle? Miten reititin siirtää tiedon seuraavalle reitittimelle? Miten tavut koneen muistista lähetetään fyysisenä signaalina? Vastaus: Linkkikerros toteuttaa IP-pakettien siirron fyysisen linkin yli Langaton lähiverkko IEEE ADSL Kytketty Ethernet IEEE

20 Linkkikerroksen toteutus Linkkikerros siirtää IP-paketteja fyysisen siirtotien kuten radioyhteyden, kuparikaapelin tai kuidun yli Kone tai reititin liittyy linkkiin verkkokortilla, jolla on MAC-osoite IP-paketit kapsuloidaan kehyksiin Kehysten bitit koodataan fyysiseksi signaaliksi Linkkikerroksen toteutuksia: Ethernet, WLAN,GPRS DSL, kaapelimodeemi MPLS, ATM 20

21 KUVA 21

22 Selaimelta palvelimelle: HTTP GET /jsuvileh/jotime/esimerkki.html HTTP/1.1 Host: User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 6.1; en-us; rv: ) Gecko/ Firefox/3.5.7 Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8 Accept-Language: en-us,en;q=0.5 Accept-Encoding: gzip,deflate Accept-Charset: ISO ,utf-8;q=0.7,*;q=0.7 Keep-Alive: 300 Connection: keep-alive Palvelimelta selaimelle: HTTP/1.x 200 OK Date: Thu, 21 Jan :57:12 GMT Server: Apache/ (Unix) PHP/4.4.7 DAV/1.0.3 mod_ssl/ OpenSSL/0.9.8j Etag: "2f80a6-1d9-4b585a30"Accept-Ranges: bytes Keep-Alive: timeout=15, max=100 Connection: Keep-Alive Content-Type: text/html <!DOCTYPE html PUBLIC '-//W3C//DTD XHTML 1.1//EN' ' <html xmlns=' xml:lang='fi'> <head> <title>esimerkki</title> </head> <body>  <h1>otsikko</h1> <p>tämä on erittäin yksinkertainen webbisivu.</p> <div><img src=" alt="aalto-yliopiston logo"/></div> </body> </html> 22

23 Asiakas (käyttäjä, työasema ja selainohjelma) Nettiselailu Internet sivu me/esimerkki.html kuva g/aalto-logo-3-fi.gif 23

24 Selaimelta palvelimelle: HTTP GET /style_aaltofi/img/aalto-logo-1-fi.gif HTTP/1.1 Host: User-Agent:Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 6.1; en-us; rv: ) Gecko/ Firefox/3.5.7 Accept:image/png,image/*;q=0.8,*/*;q=0.5 Accept-Language:en-us,en;q=0.5 Accept-Encoding: gzip,deflate Accept-Charset:ISO ,utf-8;q=0.7,*;q=0.7 Keep-Alive:300 Connection:keep-alive Referer HTTP-pyyntö HTTP-pyynnön otsakkeet HTTP/ OK Date:Thu, 21 Jan :40:19 GMT Server:Apache/2.2.3 (Red Hat) Last-Modified:Mon, 21 Dec :04:52 GMT Etag:"3bb b3e6951cd00 Accept-Ranges:bytes Content-Length:2098 Cache-Control:max-age=3600 Expires:Thu, 21 Jan :40:19 GMT Content-Type:image/gif HTTP-vastaus HTTP-vastauksen otsakkeet ```...pppppp...`...o.p x...p...e...!...,...k...'.di.h..l..p,.tm.x.....ph,...r..d.p.`.ed"..v..z.`.e3...4f....%x...>..u6.i..g.ld.y.2.x#...h...".x.=...t..8 Q...."...AU.d^)E.p...%..J{..^...0p...\.;^...xQ...y)..w.%-.,...!..:...dMvf.&...p...m...y Data(GIF) }1..(.Q1..P..5..*.B= b%...\[.y...g,1...1./...d.)u.0...j.tq7...jq&8...h;q...%]..._.i..0.z..{.=.c.(xs...w.....b.~...d*.p.>...sv...c 24

25 Binääridataa Graphics Interchange Format eli GIF on binääriformaatti Aalto-yliopiston logo on piirretty kuva (ei valokuva) joten se kannattaa tallentaa GIF tai PNG-formaatissa. 25

26 Tunniste Kuvan koko ja taustaväri Käytetyt värit Kuvan alun sijainti Varsinainen kuvadata (pakattuna) Logossa on paljon valkoista ja isoja samanvärisiä alueita, joten se pakkautuu hyvin. 451x75 = pikseliä Tiedostossa on 2098 tavua 26

27 Äärellinen tarkkuus Multimedia voidaan tallettaa tietokoneeseen vain äärellisellä tarkkuudella. Tietoa talletettaessa käytetään usein hyväksi tietoa ihmisen aisteista 27

28 Scalable Vector Graphics <?xml version="1.0" standalone="no"?> <!DOCTYPE svg PUBLIC "-//W3C//DTD SVG 1.1//EN" " <svg width="100%" height="100%" version="1.1" xmlns=" <rect width="300" height="100" style="fill:rgb(0,0,255);stroke-width:1; stroke:rgb(0,0,0)"/> </svg> Tallennetaan vain tieto muodosta, ei yksittäisiä pikseleitä Tuki vajavaista (esim. PowerPoint, vanhat IEselaimet) SVG on XML-pohjainen formaatti, kuten XHTML 28

29 INTERNET-PROTOKOLLAPINO 29

30 TCP/IP-protokollapino Sovelluskerros Middleware: HTTP, SSL, XML... Siirtokerros: TCP, UDP,... Verkkokerros: IPv4, IPv6 Linkkikerros: Ethernet, MPSL, WLAN, GPRS... Asiakas/palvelinsovellukset ja monenväliset palveluarkkitehtuurit Tiedonsiirto päästä päähän, Internetin yli (end to end) Tiedonsiirto yhden linkin yli 30

31 Nimiavaruudet Sovelluskerros Middleware: HTTP, SSL, XML... Siirtokerros: TCP, UDP,... Verkkokerros: IPv4, IPv6 Linkkikerros: Ethernet, MPSL, WLAN, GPRS... Sähköpostiosoite, URL, DNS-nimi, jne. IP-osoite ja porttinumero IP-osoite MAC-osoite 31

32 Viestien muoto Sovelluskerros Middleware: HTTP, SSL, XML... Siirtokerros: TCP, UDP,... Pyynnöt ja vastaukset Yhteys Verkkokerros: IPv4, IPv6 Linkkikerros: Ethernet, MPSL, WLAN, GPRS... Paketit Kehykset 32

33 Toteutus ja rajapinnat Sovelluskerros Middleware: HTTP, SSL, XML... Socket API Siirotokerros: TCP, UDP,... Verkkokerros: IPv4, IPv6 Laiteajurirajapinta Linkkikerros: Ethernet, MPSL, WLAN, GPRS... Tyypillinen toteutus: Prosesseina käyttäjätilassa Käyttöjärjestelmän ytimessä Verkkokortin firmware ja rauta 33

34 Tiimalasimalli Sovelluskerros Middleware: HTTP, SSL, XML... Socket API Siirtokerros: TCP, UDP,... IPv4, IPv6 Laiteajurirajapinta Linkkikerros: Ethernet, MPSL, WLAN, GPRS... Alun perin vain yksi verkkokerroksen protokolla ja kaksi siirtokerroksen protokollaa Rajapinnat tekevät uusien sovellusten ja linkkityyppien lisäämisen helpoksi 34

35 Lähitulevaisuudessa sovelluskerrosta siirto- ja verkkokerrosta linkkikerrosta tietoturvaa televerkko, GSM, UMTS ja miljoona muuta lyhennettä 35

36 Kauempana tulevaisuudessa Tiedon tallentamisen perusteet, teksti ja pakkaamaton kuva Petri Vuorimaa Digitaalinen media Timo Tossavainen Tietokonegrafiikan perusteet Lauri Savioja Virtuaalitodellisuus Lisätty todellisuus Sakari Luukkainen Verkkoliiketoiminta Eero Hyvönen, Eetu Mäkelä, Osma Suominen ja Kim Viljanen Semanttinen web ja avoin yhdistetty tieto Tutkimusta ja käytännön sovelluksia Vesa Kantola Digitaalisten tuotteiden konseptointi 36