SISÄLTÖ 1. JOHDANTO 3 1.1 Lähtökohdat 3 1.2 Tutkimus-aineisto ja menetelmät 4 2. LÄHIVERKKO 5 2.1 Mikä on lähiverkko? 5 2.2 Lähiverkon muodot eli topologiat 6 2.3 Protokollat 7 2.3.1 OSI-viitemalli 8 2.3.2 TCP/IP protokolla 11 2.3.3 IPX/SPX protokolla 14 2.3.4 Muut protokollat 14 2.4 Ethernet/802.3(X) -lähiverkot 15 2.4.1 Yleistä 802.3(x) -lähiverkoista 15 2.4.2 Kytkentäinen Ethernet 16 2.4.3 100BaseT eli nopea Ethernet 16 2.4.4 Gigabit Ethernet 17 3 IP-OSOITTEET JA ALIVERKOT 18 3.1 IP-osoitteiden rakenne 18 3.2 Osoiteluokat 18 3.3 Aliverkotus 20 3.4 IPv6 22 4 KAAPELOINTIJÄRJESTELMÄT 23 4.1 Yleiskaapelointi 23 4.2 EN 50173 -yleiskaapelointijärjestelmä 23 4.3 Optinen kaapelointi 25 4.4 Kaapeloinnin dokumentointi 28 5 TIETOKONEVERKOT 30 5.1 Yleistä tietokoneverkoista 30 5.2 Verkon aktiivilaitteet 30 5.2.1 Toistin eli HUB 31 5.2.2 Silta 31 5.2.3 Kytkin 32 5.2.4 Reititin (Router) 34 5.3 Virtuaaliverkot 34 5.4 xxx 36
5.4.1 Työasemat 36 5.4.2 Palvelimet 37 5.4.3 Oheislaitteet 37 5.5 Verkkokäyttöjärjestelmät 38 5.6 Verkon dokumentointi 39 5.7 Verkon hallinta 41 5.7.1 Verkonhallinnan tekniikka 42 5.7.2 Hallintaprotokollat 43 5.7.3 Työasemahallinta 44 5.7.4. WBEM 44 5.7.5 Verkon mittaus ja vianselvitys 45 5.7.6 Liikenteen tilastointi 45 6 MÄNTYHARJUN KUNNAN LÄHIVERKKO 47 6.1 Hallintoverkko 48 6.1.2 Kunnantalon verkko 48 6.1.3 Terveyskeskuksen verkko 48 6.2 Kouluverkko 48 6.3 Laitteisto ja laitteistotietokannan yläpito 48 6.3.1 Laitteistotietokanta 48 6.3.2 Tietokannan käyttöliittymä 49 7 KÄYTTÄJÄKYSELY 51 7.1 Kyselylomakkeen muodostaminen 51 7.2. Kyselyn tulokset 51 8 POHDINTA 52 LÄHTEET 55 LIITTEET 55 Liite 1 Mäntyharjun kunnan tietoliikenneverkko 55 Liite 2 Kunnantalon verkon piirustus 55 Liite 3 Terveyskeskuksen verkon piirustus 55 Liite 4 Laitteistotietokannan rakenne 55 Liite 5 Kyselylomake 55 Liite 6 Lähiverkkojen standardeja 55 Liite 7 Valokuitujen ominaisuudet 55 Liite 8 Hakemisto 55
1. JOHDANTO Mäntyhajun kunta kuuluu Itä-Suomen lääniin ja se sijaitsee Savon, Hämeen ja Etelä-Karjalan raja-alueella ja sen pinta-ala on 1 210 km 2. Pysyvästi kunnan alueella asuu noin 7100 asukasta, mutta kesällä asukasmäärä kaksinkertaistuu. Kunnantalon toimistotilojen ja terveyskeskuksen lähiverkot on viimeksi uusittu 1997, ja muualla verkon lisäyksiä ja muutoksia tehdään kaiken aikaa. Kaikki rakennusten väliset ja yhteydet ulkomaailmaan ovat Soneran yläpitamia. Kunnan lähiverkko on pääosin rakennettu parikaapeleilla, mutta myös valokaapeli ja ISDN yhteydet ovat käytössä keskustan eri rakennuksien sekä keskustan ja kauempana sijaitsevien rakennuksien välillä. Jatkuvan tuotekehittelyn ja vaatimusten takia, sekä laitteiston että ohjelmiston osalla lähiverkon muutoksetkin toistuvat määrä välein. Palvelimia ja työasemia uusitaan, päivitetään ja lisätään koko ajan. Tästä johtuen kaapelointiakin on lisätty tai uusittu lyhyin välein. Opinnäytetyössäni tulen aluksi keskittymään lähiverkkojen ja kaapeloinnin yleiseen tarkasteluun. Käyn läpi myös mikroverkojen sekä Ethernet-verkkojen yleispiirteet. Työssäni aion selvittää Mäntyharjun kunnan lähiverkon tämänhetkisen tilan, kartoittaa verkkoon kuuluvan laitteiston ja laitteiston dokumentoinnin helpottamiseksi suunnitellen laitteiston Access-tietokannan ja siihen käyttöliittymän. 1.1 Lähtökohdat Opinnäytetyössäni pääpaino tulee olemaan lähiverkon käytön, yläpidon, hallinnan sekä kehityksen tutkimisessani ympäristössä. Tarkoituksenani on myös luoda pohja, jolta verkon muutosten ja päivityksen dokumentointi olisi aina ajan tasalla. Myös liitännät ja yhteyksien toimivuus Kunnantalon ja Terveyskeskuksen välillä ovat tutkimuksen kohteena. Työssäni aion hankkia tietoa monesta eri lähteestä. Lähiverkon osalta mm. Puskan (2), Saarelaisen (3) sekä Jaakohuhdan (4) kirjoista. Myös kaapeloinnin osuuteen ja sen lisärakentamiseen etsitään ratkaisuja Yleiskaapelointijärjestelmän ST 16 käsikirjasta (7). Tiedonsiirto myös laajempana käsitteenä on tarkoitus ottaa esiin, joten Kaj Granlundin (6,7) ja Anttilan (8) kirjoissaan esittämiä ajatuksia käydään läpi. Asiasanoina työssäni tulevat esiin mm. toimi-
vuus, yläpito, dokumentointi, päivitys ja hallinta. Aineistoa ja muunlaista taustatietoa joka liittyy opinnäytetyöhöni aion hankkia, jo olevien tietojen ja edellä esitettyjen kirjojen lisäksi, Internetistä josta sitä varmasti löytyy. Ko. verkon historiaa koskevia tietoja hankin myös keskusteluilla ATK-verkon hallinnasta ja yläpidosta vastaavilta henkilöiltä. 1.2 Tutkimus-aineisto ja menetelmät Opinnäytetyöhöni saan aineistoa käymällä läpi käsiteltävän verkon fyysisesti läpi, keräämällä tietoja verkon laitteistosta, lähettämällä kyselylomakkeita verkkoa käyttäneille, suorittamalla mittauksia etukäteen valittavista kohteista. Asennusvaiheissa tehdyistä mittauspöytäkirjoista, hankintasopimuksista sekä tilauksenasiakirjoista myös saan lisää tutkimusaineistoa, jota tutkimalla saan tarkempaa tietoa tämän hetken tilanteesta. Myös kaikki ATK-verkon piirustukset tarkistamalla ja tarvittaessa uudelleen piirtämällä, saan tarkkaa yksikäsitteistä tietoa siitä mikä on nykytilanne. Tällöin myös tarkistetaan että kaikki verkon osat täyttävät EN 50173 standardin vaatimukset. Tarkoitus on myös tutkia Kunnantalon ja Terveyskeskuksen välillä oleva yhteys, ja onko sen nopeus riittävä vastamaan tämän hetken vaatimuksiin terveyskeskuksen päässä.. Tältä pohjalta pyrin selvittämään erilaisia mahdollisuuksia verkon tehokkaaseen käyttöön, dokumentointiin ja hallintaan.
2. LÄHIVERKKO 2.1 Mikä on lähiverkko? Kari Saarelainen määrittelee (Saarelainen, s. 12-20) kirjassaan lähiverkon tietyllä tavalla toteutettuna tiedonsiirtoverkkona. Se kattaa rajoitetun maantieteellisen alueen, esimerkiksi toimistorakennuksen, ja on yleensä yhden organisaation hallinnassa. Lisäksi lähiverkkojen tiedonsiirtonopeus on suuri, tavallisesti useita kymmeniä megabittejä sekunnissa. Bittitasolla lähiverkkoon kytketty asema kuulee myös muiden asemien liikenteen. Yhteydet asemien välillä ovat yleensä kytkentäisiä, jolloin asemien keskinäistä tiedonsiirtoa varten niiden välille muodostetaan yhteys, mikä sitten suljetaan tiedonsiirron päätyttyä. Lähiverkolle on tunnusomaista myös käytettävät rajapinnat ja protokollat. Verkkoon liitetyt työasemat käyttävät lähiverkkoa ohjelmilla. Toisaalta nämä ohjelmat liittyvät verkkoon ohjelmarajapinnoilla, joita ovat esimerkiksi mikroverkkojen verkkokäyttöjärjestelmä NetOS sekä Net- BIOS, joka mahdollistaa tietokoneiden liikennöinnin lähiverkkojen yli. Perinteiselle lähiverkolle on tunnusomaista: Lähiverkko on tietokoneita ja oheislaitteita yhdistävä dataverkko, jossa siirretään binääristä dataa tietokoneiden välillä. Koska päätelaitteet ovat tietokoneita, yhteyden toiminta ja sanomat on määriteltävä tarkasti ja yksikäsitteisesti. Verkko yleensä kattaa rajoitetun alueen, esimerkiksi rakennuksen tai tehdasalueen. Tavalliset lähiverkkototeutukset rajoittuvat ääripisteiden välisen suurimman etäisyyden muutamaan kilometriin. Kauempana sijaitsevat lähiverkot voidaan liittää yhteen verkkoyhteyksillä, jotka käyttävät teleoperaattoreiden datansiirtopalveluja Lähiverkon siirtonopeus on suuri (10 tai 100 Mb/s) etäverkkoratkaisuihin verrattuina. Nopeuden nostamisesta ei aiheudu liikennöintimaksuja. vain kertaluonteinen investointikustannus. Toteutukset ovat (yleensä) jaetun median verkkoja, jolloin asemat on yhdistetty samaan siirtomediaan. Yhden aseman lähetys kuuluu kaikille samassa verkossa oleville asemille.
Kohdeasema tunnistetaan sanomaan sisältyvästä osoitteesta Koska jaetun median verkossa tietoturva perustuu asemien hyvään tahtoon, lähiverkko on yleensä yhden organisaation käytössä. Lähiverkkoratkaisut ja verkon käyttötavat ovat voimakkaasti muuttumassa, eikä lähiverkkoa voida mielestäni määritellä täsmällisesti. Edellä esitetyt lähiverkon tunnusmerkit ovat voimassa, kun joka kohtaan lisätään lieventävä yleensä-sana. (Puska 2000, s. 14-15.) 2.2 Lähiverkon muodot eli topologiat Erilaisilla lähiverkkojen rakenteilla, topologioilla, viitataan verkon sähköiseen, loogiseen tai fyysiseen toimintamalliin. Päätopologioita ovat tähti, väylä ja rengas, jotka ovat esitetty kuvassa 1. Tähtiverkossa olevat asemat liittyvät niitä kaikkia yhdistävään keskuspisteeseen. Yhdistävänä pisteenä voi olla esimerkiksi keskuskone tai keskitin, Hub. Tähtiverkko aidoimmillaan on esimerkiksi puhelinverkko. Väyläverkossa työasemat puolestaan liittyvät yhteiseen siirtotiehen. Rengasverkko on kaapeloitu renkaaksi eli verkon jokaisella työasemalla on aina kaksi naapuria. Tyypillinen rengasverkko on Token Ring. Harvoin kuitenkaan verkko on sekä fyysisiltä että loogisilta ominaisuuksiltaan samanlainen. Fyysisesti tähdeksi kaapeloitu verkko voi loogisesti ja sähköisesti ollakin väylä tai rengas, kuten kuvassa 1 on esitetty. Kuva x.x Verkkotopologiat
2.3 Protokollat Protokolla on käytäntö jonkin toimenpiteen suorittamiseksi. Tietoliikenteessä protokollalla tarkoitetaan menettelyä, jolla laitteet keskustelevat keskenään. Kun puhutaan yhteiskäytännöstä, linjakurista ja liikennöintimenettelystä, niin näillä kaikilla käsitteillä tarkoitetaan liikennöivien laitteiden tai oikeastaan niissä sijaitsevien ohjelmien välistä keskustelusäännöstä. liikennöivä järjestelmä sisältää useita eri toimintoja, ja tästä syystä linjalla liikkuu samassakin järjestelmässä usein monta protokollaa, joilla on erilaiset tehtävät. Yhdessä nämä protokollat toiminnoillaan tarjoavat käyttäjälleen palvelun. Tietokoneesi keskustelee verkkokorttinsa välityksellä, mutta teknologia ei ole vielä niin kehittynyttä, että se voisi keskustella luonnollisella kielellä. Sen sijaan tietokoneesi käyttää paljon alkeellisempaa kieltä - protokollaa, jonka sanavarasto on hyvin rajoittunut. (Feldman, s. 14) Tyypillisiä protokollien tehtäviä ovat mm: yhteydenmuodostuksen ohjaus pakettien/kehysten pilkkominen ja uudelleen kokoaminen järjestyksen säilyttäminen siirrossa virheenkorjaus vuonohjaus osoitteiden välitys multipleksointi Yhdestäkään protokollasta ei löydy näitä kaikkia toimintoja ja tarvittavat toiminnot ja palvelut saadaan aikaan usean protokollan yhteistoiminnalta. Toimintatapansa mukaan protokollat jaetaan yhteydellisiin ja yhteydettömiin protokolliin. Yhteydettömässä toiminnassa lähetetään paketteja verkkoon ilman osapuolten (lähettäjän ja vastaanottajan) välistä aiempaa sopimusta ja osa tietosähkeistä (lähetettyä dataa) voi kadota, tai sitten niiden järjestys voi muuttua siirron aikana. Yhteydellinen toiminta sisältää yhteyden muodostamisen, datan siirron ja yhteyden purun. Lähettäjä numeroi paketit ja vastaanottaja tarkistaa ne ja ehjät paketit kuittaa saapuneeksi. Kadonneet ja vialliset paketit lähettäjä lähettää uudelleen jos määräajasta niiden saapumista ei tule kuittaamista.
2.3.1 OSI-viitemalli ISO kehitti vuonna 1977 viitemallin nimeltään Open Systems Interconnection (OSI). Tämän viitemallin tarkoituksena on määritellä sopivan tietoliikennemalli jota voidaan hyödyntää suunniteltaessa verkkostandardeja sellaisia teknologioita varten, jotka voivat kommunikoida keskenään. Kuva xx näyttää, kuinka OSI-viite mallin tulisi toimia. Jokainen mallin kerros tarjoaa, palveluja viereisille kerroksille. Informaatiovirta alkaa sovelluskerrokselta, joka pyytää palveluja esitystapakerrokselta, joka puolestaan pyytää palveluja yhteysjaksokerrokselta joka taas pyytää palveluja kuljetuskerrokselta jne. Aivan alimmaisella. fyysisellä kerroksella (verkon fyysiset osat - -kaapelointi, verkkokortit ja fyysiset liittimet) määritellään se, kuinka data siirretään verkossa. Kun data saapuu fyysisellä kerroksella toiselle solmulle, data siirretään viitemallissa ylöspäin. Ohjelmisto käyttää yllä olevan kerroksen palveluja, kunnes data pääsee sovelluskerrokselle, jolloin se tavoittaa käyttäjän. Järjestelmä A Protokolla Järjestelmä B Sovellus Esitystapa Yhteysjakso Kuljetus Verkko Siirtoyhteys Sovellus Esitystapa Yhteysjakso Kuljetus Verkko Siirtoyhteys Fyysinen NIC NIC Fyysinen KUVA 2 OSI-viitemallin rakenne Loogisesta näkökulmasta kommunikoivan järjestelmän jokainen mallin kerros kommunikoi toisen järjestelmän vastaavan kerroksen kanssa. Esimerkiksi sovelluskerros on kiinnostunut vain siitä, kuinka se voi kommunikoida toisen järjestelmän sovelluskerroksen
kanssa. Sovellustason ohjelmiston ei tarvitse ymmärtää sitä, kuinka data kulkee kohteeseen, eikä sitä, onko fyysisenä siirtotienä optinen kuitu- 10BaseT tai vaikkapa modeemiyhteys eikä se tarvitse tietää, onko sen kuljettama informaatio vain Ascii-tekstiä, binaarikoodattua tai sitten multimediadataa. Vastaavasti, fyysistä kerrosta kiinnostaa vain kommunikaatio etäjärjestelmän fyysisen kerroksen kanssa. OSI -kerrokset ja niiden tärkeimmät tehtävät ovat seuraavat: Fyysinen kerros (Physical layer) muuntaa bitit signaaleiksi ja siirtää bittivirran fyysisen siirtotien yli. Tälle kerrokselle kuuluvat kaikki verkon fyysiset osat, jotka huolehtivat varsinaisten bittien lähettämisestä tai vastaanottamisesta: kaapelointi, liittimet ja signalointitekniikat (sähköiset ja/tai optiset). Sähköisen tason yhteensopivuus määritellään peruskerroksessa. Täällä kuvataan liitinten mallit, käytettävät kaapelityypit, signaalienjännitearvot ja linja-koodaustavat. Tämä kerros määrää, puhutaanko esim. 10 Mbit/s vai 100 Mbit/s yhteysnopeuksista. Siirtoyhteyskerros (Data link layer) toteuttaa tiedon luotettavan siirtämisen yhdellä yhteysvälillä. Verkkoon kytketyn laitteen (node) todellinen osoite, Mac-osoite, on siirtokerrostason olio. Siirtokerroksessa kuljetettavaa tietoalkiota kutsutaan kehykseksi, siirtokerros ei ota kantaa kehyksen sisältöön, sen tehtävänä on vain saada yhteys näyttämään verkkokerrokselle luotettavalta. Siirtoteistä mainittakoon Ethernet, FDDI ja ATM. Verkkokerros (Network layer) huolehtii pakettien reitittämisestä oikeaan kohteeseen monimutkaisen aliverkkototeutuksen yli. IP-osoite on looginen osoite, verkkokerroksen osoite. Tällä kerroksella määritellään käytettävä tietoliikenneprotokolla (IP, IPX, LAT..) - protokollan tärkein tehtävä taasen on selvittää vastaanottajan sijainti ja toimittaa data perille. Verkkokerroksen tietoalkiota kutsutaan paketiksi. Verkkokerrosta kutsutaan toisinaan myös Internet-kerrokseksi. Kuljetuskerros (Transport layer) tarjoaa datavirran kuljetuspalvelut ja häivyttää alla olevat verkkototeutukset ylimmiltä kerroksilta. Kuljetuskerros tarjoilee ylemmiltä kerroksilta tullutta dataa verkkokerrokselle sopivina palasina. Kuljetuskerros myös huolehtii tiedonsiirron virheenkorjauksesta ja vuonohjauksesta, josta verkkokerros ei ole juurikaan kiin-
nostunut. Esimerkiksi TCP työskentelee tiiviisti IP:n yläpuolella varmistaen verkon luotettavuuden. Istuntokerros (yhteysjaksokerros)(session layer) muodostaa ja purkaa yhteydet ja huolehtii virhetilanteista. Kahden tietokoneen välinen yhteys täytyy ensin muodostaa, jotta tiedon siirto onnistuisi. Dataa ei voi vain heittää verkkoon vastaanottajan osoitteella ja toivoa vastaanottajan otetavan sen vastaan. TCP/IP yhteyksissä ensin otetaan yhteys tiettyyn TCP- porttiin, ja sovitaan uudesta portista, jossa varsinaista keskustelu käydään ja alkuperäinen yhteisportti vapautuu odottamaan uusia yhteydenottopyyntöjä. Esitystapakerros (Presentation layer) määrittelee yhtenäisen esitystavan datalle. Eri järjestelmillä on oma käsityksensä merkistöistä ja tiedon koodaamisesta. Esitystapakerros pyrkii huolehtimaan, että erilaiset järjestelmät kuten esim. Windows, Linux ja Macintosh pystyvät keskustelemaan keskenään ja välittämään dataa ilman, että sen sisältö muuntuu. Esimerkiksi aakkosongelmat sähköpostissa ovat tulkintavirheitä syntyneitä esitystapakerroksessa. Sovelluskerros (Application layer) tarjoaa tietoliikennepalveluja sovellusohjelmille. Tämän kerroksen toiminnot tukevat suoraan verkkoa käyttäviä sovellusohjelmia. Sovelluskerroksella sijaitsevat mm. ne toiminnot, joiden avulla ohjelma pystyy hyödyntämään palvelimella sijaitsevaa tietokantaa. Esimerkiksi pääteprotokollat ja pääteohjelmat, sähköpostiohjelmat, www selaimet, sekä ohjelmat kuten ftp, ping ja telnet ovat ohjelmia jotka käyttävät sovelluskerroksen tarjoamia palveluja.
2.3.2 TCP/IP protokolla TCP/IP-protokollan ja arkkitehtuuri ja sen toteutukset syntyivät 1970 luvulla USA:ssa. Alun perin se on suunniteltu USA:n puolustusministeriön käyttöön, ja sen suunnittelussa ja toteutuksessa osallistuivat puolustusvoimat, yliopistot ja tutkimuslaitokset yhdessä. Kuva xx2a esittää TCP/IP tietoliikennearkkitehtuurin. Kuten kuvassa näkee TCP/IP jakaa tietoliikenteen kolmeen kerrokseen: sovellus-, kuljetus- ja internetkerrokseen joiden alla on aina malliin kuulumaton liitäntä (Interface). Järjestelmä A Sovelluskerros Kuljetuskerros Välittävä järjestelmä Järjestelmä B Sovelluskerros Kuljetuskerros Internet-kerros Internet Internet-kerros Liitäntä Liitäntä KUVA xx22a TCP/IP tietoliikennearkkitehtuuri Kuva xxa esittää yksinkertainen TCP/IP-verkko jossa toisessa päässä työasema ja toisessa FTP-palvelin. Työasema ja palvelin ovat eri lähiverkoissa jotka ovat yhdistettynä IP-reitittimellä. Kuvan työasema avaa FTP-yhteyden (File Transfer Protocol) toisessa lähiverkossa olevaan FTP-palvelimeen. TCP/IP-protokollan avulla työasema avaa yhteyden palvelimeen, kirjaudu siihen, siirtää tiedoston ja lopuksi puurra yhteyden. Järjestelmä A Järjestelmä B Työasema FTP Välittävä järjestelmä FTP-palvelin FTP TCP IP-reitittin TCP IP IP IP KUVA xxza Yksinkertainen TCP/IP verkko ja sen arkkitehtuuri jossa näkyvät käytetyt kerrostoteutukset
Kuten nimestäkin näkee TCP/IP-protokolla koostuu kahdesta erillisestä pääprotokollasta TCP:sta (Transmission Control Protocol) ja IP:sta (Internet Protocol), jossa kummalla protokollalla on oma tietty tehtävänsä, ja ne toimivat yhdessä muodostaakseen kahden tietokoneen välisen verkkoyhteyden. Siina mukana ovat myös siirtotiestä riippuvat ARP- UDP- ja ICMP-protokollat. FTP TELNET FINGER RLOGIN REXEC RSH LPD LPR SMTP POP NFS SNMP BOOTP TFTP PING IP ARP Siirtotiestä riippuvat protokollat TCP UDP ICMP KUVA xx TCP/IP protokollat ja sovelluspalvelut IP-protokolla (Internet Protocol) vastaa datapakettien siirtämisestä isäntäkoneelta toiselle. Se tarjoa yhteydettömän kuittaamaton verkkopalvelun ja sillä ei ole mikään mekanismeja joiden avulla se varmistaisi datapakettien saapumisen perille eikä se pystyy vaikuttamaan pakettien Internetissä kulkemaan polkuun., mutta se kuitenkin huolehdi pakettien fragmentoinnista pienemmiksi osiksi ja niiden uudelleen kokoamisesta. IP-paketin otsakkeelle lasketan tarkistussumma, mutta protokolla ei suojaa paketin dataosaa. Kuva XXXZ esittää IPpaketin rakenne. 32 bittiä Versio IHL Palvelu tyyppi PDU:n kokonaispituus PDU:n tunnistin Liput Segmentin osoite Elinaika Protokolla IP-otsikon varmiste Lähteen osoite Kohteen osoite Optiot ja mahdollinen täyte D A T A Kuva x.x IP-paketin rakenne
TCP-protokolla (Transmission Control Protocol) käyttää IP-protokollaa tarjoamaan yhteyspalvelun kahden isäntäkoneen välille, se omaa mekanismit jotka varmistavat datapakettien vastaanottaminen ja niiden kokoaminen oikeaan järjestykseen vastaanottavalla tietokoneella, sen kautta muodostetaan dataan kohdistetut tarkistussummat, ja se säännöstelee datavuota niin että vältetään ruuhkautumisen aiheuttamat ongelmat. Kuva x.x esittää TCPpaketin rakenne. 32 bittiä Lähdeportti Kohdeportti Järjestysnumero Kuittausnumero Offset Varattu L i p u t RWIN Tarkistussumma Kiireellisen datan osoitin Optiot ja mahdollinen täyte D A T A Kuva x.x TCP-paketin rakenne ARP-protokolla (Address Resolution Protocol). TCP/IP-paketin kohdeosoite on vastaanottavan tietokoneen IP-osoite. Koska lähiverkoissa kaikki kahden laitteen välinen liikenne käytetty varsinaisen osoite on MAC-osoite, ARP-protokollan avulla paketin osoitettaan oikealle laitteelle koska se pystyy yhdistämään IP-osoite vastaavaan MAC-osoitteeseen. Sen takia ARP-protokollaa kutsutaan osoitteenselvitysprotokollaksi. UDP-protokolla (User Datagram Protocol) eroaa TCP-protokollasta siinä mielessä ettei se omaa kuittausmekanismia, joten se tarjoa vain yhteydettömän palvelun. UDP-protokollaa käyttävät esim. nimipalvelimet (Domain Name Server, DNS). ICMP-protokollaa (Internet Control Message Protocol) on arvokas apuväline vianselvityksissä ja se yleensä käytettään yläpidollisiin ja diagnostisiin tarkoituksiin. Apuohjelmat, kuten PING ja TRACEROUTE, käyttävät tätä protokollaa hyödykseen.
SNMP-protokolla (Simple Network Managment Protocol) on TCP/IP-verkoissa lähes yksinomaan käytetty verkonhallintaprotokolla. SNMP mahdollistaa verkkolaitteiden valvonnan ja hallinnan, konfiguraatioiden hallinnan ja tilastojen keräämien. FTP-protokolla (File Transfer Protocol) on oikeastaan osana TCP/IP-protokollapinoa ja se käytetään verkkosolmujen välisessä tiedostojen siirrossa. 2.3.3 IPX/SPX protokolla IPX/SPX-protokollaperheen kehitti Novell omia NetWare-verkkojaan varten ja se on toiminut ko. verkkojen asiakas/palvelin-tietoliikenteen pohjana kunnes Novell kuitenkin päätti ottaa TCP/IP-protokollan käyttöön. IPX-protokolla (Internetworking Packet Exchange) on yhteydetön protokolla joka toimii OSI-viitemallin verkkokerroksella kuten TCP/IPpinon IP-protokolla, niin vastaavasti SPX-protokolla (Sequenced Packet Exchange) toimii saman viitemallin kuljetuskerroksella kuten TCP/IP-pinon TCP-protokolla ja se omaa vastaavat ominaisuudet. IPX/SPX-protokollan käyttö vaatii kaikilta verkkolaitteilta oman protokollantuen (erityisesti reitittimiltä), ja IPX/SPX-protokollan käyttämät omat vaihtoehtoiset kehystyypit saattaa aiheuttaa ongelmia. NetWaren alkuperäinen protokolla on IPX/SPX. TCP/IP:ta pidetään kuitenkin parempana vaihtoehtona NetWare v5.x:n kanssa. (Ogletree s. 261) Jos verkossa käytetään samaan aikaan TCP/IP-protokollaa, tulisi toisesta päästä eroon jos mahdollista (Jaakohuhta, s.128) 2.3.4 Muut protokollat Usein verkoissa on käytössä Microsoftin, ei reitittävä NetBEUI-protokolla, varsinkin verkoissa joissa käytetään työryhmäsovelluksia. Graafisen teollisuuden piirissä jossain määrin käytetään Applen AppleTalk-protokollaa, ja julkishallinnon ja vakuutusyhtiöiden verkois-
sa käytettään jonkin verran IBM:n SNA- (System Network Architecture) ja Digitalin (nykyisin Qompaq) DECnet-protokollaa. Näiden em. protokollien käyttö on tällä hetkellä hyvin vähäinen ja häviämässä kokonaan. 2.4 Ethernet/802.3(X) -lähiverkot Ethernet on laajassa käytössä oleva paikallisverkko, joka ensimmäiseksi standardoivat DEC, Intel ja Xerox (alun perin sen nimeksi tuli DIX), ja sitten sen standardisoi myös IEEE. Se on lähiverkkotekniikka jolla erilaisia tietokoneita, hyvin edullisesti ja joustavasti, voidaan liittää toisiinsa. Nykyään kaikki tietokonevalmistajat tukevat Ethernetiä. 2.4.1 Yleistä 802.3(x) -lähiverkoista Perinteisiä lähiverkkoja käytetään keskitettyihin tehtäviin, joihin niiden siirtonopeus ja muut ominaisuudet riittävät. Ethernetin suosio perustuu ennen kaikkea suhteellisesti pieniin rakennuskustannuksiin, laajentavuuteen, luotettavuuteen ja laajalti saatavissa oleviin hallintotyökaluihin. Tänäänkin, melko yleisesti käytetty jaetun median lähiverkko on perinteinen 10 Mbps Ethernet (802.3), jonka CSMA/CD-väylänvaraus ei takaa asemille tai sovellutuksille tiettyä palvelutasoa. Uudet työasemat ja multimediasovellukset tarvitsevat perinteisiä tehokkaampia lähiverkkoja ja tosiaikaiset sovellukset, kuten videoon ja ääneen perustuvat vuorovaikutteiset järjestelmät, vaativat verkolta tietyn palvelutason. Uudet verkkotekniikat perustuvat perinteisten lähiverkkojen jakamiseen osiin, perinteiseen verkkojen skaalaamiseen tai täysin uusiin tekniikoihin. Fast Ethernet- ja Gigabit Ethernet -verkkotekniikat käyttävät Ethernetin kehystä ja vuoronvarausta, mutta 10- ja 100-kertaisella siirtonopeudella. Kytkentäiset Ethernet -tekniikat tarjoavat työasemaryhmille ja yksittäiselle asemalle oman yksityisen lähiverkkosegmentin. Full Duplex -tekniikan käyttö mahdollistaa lähettämisen ja vastaanottamisen samaan aikaan. Jos kaksi laitteetta lähettävät samanaikaisesti, signaalit törmäävät toisiinsa, sillä kaapelia pitkin voi kulkea vain yksi signaali kerällään. Tämä aiheuttaa verkkovirheen jota kutsutaan
yhteentörmäykseksi. Yhteentörmäyksen tapahtuessa kumpikin laite odottaa satunnaisen hyvin pienen ajan ja yrittää lähettää uudestaan. Kaapelointi Liitin Segmentin enimmäispituus Laitteiden enimmäismäärä Maksimipituus 10Base2 BNC 185 m 30 925 m 10Base5 AUI 500 m 100 2 100 m 10BaseT RJ-45 100 m 2 500 m 10BaseFL SMA, FC, ST, SC, MT-RJ 2 000 m 2 4 000 m 100BaseT4 RJ-45 100 m 2 200 m 100BaseTX RJ-45 100 m 2 200 m 100BaseFX FC, ST, SC, MT-RJ 412 m 2 2 000 m 1000BaseTX RJ-45 100 m 2 200 m 1000BaseSX FC, SC, MT-RJ 2 550 m 1000BaseLX FC, SC, MT-RJ 5 000 m 2.4.2 Kytkentäinen Ethernet Kytkentäinen Ethernet jakaa verkon törmäysalueisiin. Kun työasema liitetään omaan kytkimen porttiinsa, saa se törmäyksettömän 10/100 Mbps kanavan. Lähiverkossa kytkin välittää sanomat oikeaan kohteeseen MAC-osoitteen perusteella. Kytkin ylläpitää omaa osoitetaulua josta näkevät tiettyä portteja vastaavat MAC-osoitteet. Jos kohdeaseman MACosoitteetta ei löydy kytkimen osoitetaulusta, kytkin lähetä ko. sanoman kaikkiin portteihinsa. Saatuaan paketin jonka lähettäjän MAC-osoite ei löydy osoitetaulusta, kytkin heti lisää se omaan taulukkoonsa yhdistäen se siihen porttiin mistä paketti on tullut. 2.4.3 100BaseT eli nopea Ethernet IEEE:n standardoima 802.3u on 100 Mbps nopea Ethernet-lähiverkko, joka käyttää 802.3:n väylänvarausta, kehystystä ja standardin EN 50 173 mukaisia kaapeleita. Ajuri- ja hallintaohjelmistoihin tarvitaan varsin vähän muutoksia. Siirtonopeus on kymmenkertainen 802.3:een verrattuna ja sen vuoksi tarvitaan erilaiset mitoitussäännöt. Nopean Ethernetin kehitystä on vauhdittanut laitevalmistajien Fast Ethernet Alliance, johon kuuluvat 3Com,
Bay Networks, Cabeltron, DEC (Compaq), Intel, SMC ja Sun Microsystem. 100BaseT:tä voidaan käyttää normaalissa parikaapelissa sekä valokaapelissa. 100BaseT:ssä on media erotettu omaksi alikerrokseksi, jota vuoronvaraus ja kehystys käyttävät MII-välikerroksen (Media Independent Interface) kautta. MII-välikerros mahdollistaa saman verkkosovittimen käytön eri siirtoteillä. 802.3u:ssa käytetään 802.3:ssa käytettyä CSMA/CDvuoronvarausmenettelyä ja normaalia 802.3-kehystä. 100BaseT on looginen väylä ja jokainen asema voi lähettää vapaaseen kanavaan. Lähettävä asema kuuntelee mediaa lähetyksen aikana ja havaitsee törmäykset. Koska bitin pituus on vain 10 ns, niin lyhyimmän 64-tavuisen kehyksen pituudeksi tulee 5,12 µs. Toistimilla toteutetun 802.3-verkon edestakainen viive ei saa ylittää tätä Slot Taimea, jotta törmäykset havaittaisiin. l00baset-segmentin käytännön kapasiteetti on 40-70 Mbps pakettikoosta, liikenneprofiilista ja sovelluksista riippuen (Puska 2000, s. 67-74.) 2.4.4 Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet on valmistajien yhteenliittymän ehdottama uusi nopea lähiverkkotekniikka, joka käyttää 802.3:n väylänvarausmenetelmää ja kehyksen muotoa. Perusteena 100BaseT:tä nopeamman tekniikan kehittämiselle on se, että siirryttäessä jaettuun ja kytkentäiseen 100 Mbps -tekniikkaan, palvelemissa on tarve saada nopeaa Ethernetiä selvästi suorituskykyisempi runkoverkkotekniikka. Siirtyminen Gigabit Ethernetiin on helppoa, koska muutokset edellisiin Etherneteihin ovat pieniä. Gigabit Ethernetin sovelluskohteina ovat runkoverkot ja nopeiden palvelimien liitännät, joten työasemien verkkokorteissa, ohjelmistoissa, määrittelyissä tai verkonhallintaohjelmistoissa ei tarvitse muutoksia. 1000 Mbps teoreettinen siirtonopeus riittää uusille verkkosovelluksille ja Gigabit Ethernet pystyy myös siirtämään aikariippuvaista tietoa. Vuoronvaraus ja kehystys Gigabit Ethernet-laitteet ovat keskittymiä, kytkimiä, reitittimiä ja puskuroivia jakajia. Kytkin ja puskuroiva jakaja perustuvat jaettuun mediaan, jolloin käytetään Ethernetistä tuttua CSMA/CD-vuoronvarausta ja 802.3-kehystä. Koska kehyksen minimipituus on 512 ns, laajennetaan lyhyitä kehyksiä lisäämällä Mihin normaalia pidempi alkumerkki (Carrier Extension). Yli 512 tavun eli 4096 bitin kehyksessä käytetään normaalia alkumerkkiä. Jotta verkon suorituskyky olisi hyvä myös pieniä kehyksiä käyttäville so-
velluksille, liitävät palvelimet ja kytkimet useita pieniä paketteja yhdeksi kehykseksi (Packet Bursting). Standardi sisältää yksinkertaisen vuonohjauksen Full Duplex menetelmällä toimivissa kytkimissä j a puskuroivissa toistimissa ei tapahdu törmäyksiä ja ne käyttävät normaalia 64-tavun minimikehyskokoa ja 96 bitin aikaa kehysten välillä. Puskuroiva toistin on Full Duplexia käyttävä monniporttitoistin, joka liittää toisiinsa useita Gigabit liitäntöjä. 3 IP-osoitteet ja aliverkot 3.1 IP-osoitteiden rakenne Maailmanlaajuisessa TCP/IP-verkossa, Internetissä, on jokaisella koneella oma ainutkertainen IP-osoitteensa. IP-osoitteiden keskusrekisteri on Yhdysvalloissa, josta osoitteita varataan joko suoraan tai sitten välikäsien kautta. IP-osoite on 32-bittinen luku, esim. 192.168.100.114, joka jaetaan kahtia organisaatio-kohtaiseksi verkko-osoitteeksi (tässä 192.168.100) ja verkkokohtaiseksi laiteosoitteeksi (tässä 114). Osoitteiden käsittelyn helpottamiseksi on otettu käyttöön desimaalinen ns. pistenotaatiojärjestelmä, jossa osoitteet ilmoitetaan pisteillä erotetuilla 8 bitin luvuilla eli okteteilla. Yksi oktetti on luku nollasta 255:een (0000 0000 1111 1111). Tämä osoitemekanismi on jaettu vielä kolmeen eri luokkaan (A, B, C ja multicast lähetyksiä varten luokka D), jotka mahdollistavat eripituiset verkko- ja laiteosoitteet. Kolmijakoinen järjestelmä mahdollistaa osoitteiden jaon erikokoisille organisaatioille. Luokka A on jaettu armeijan laitoksille, suurille yliopistoille ja joillekin tietokonealan yrityksille, luokka B löytyy suurista yrityksistä ja suurin luokka C soveltuu pienille yrityksille ja aliverkoille. 3.2 Osoiteluokat Luokka A käsittää verkko-osoitteet 1.0.0.0 126.255.255.255, esimerkiksi 2.11.111.2, jos-
sa ensimmäinen numero (2) ilmaisee verkko-osoitteen ja loput kolme numeroa, eli 24 bittiä on varattu laiteosoitteille. A-luokan osoitteista on varattu vain harvoja, eikä sellaista saa kuin todella mittavan verkon omistava organisaatio. Luokka B sisältää verkko-osoitteet (128.0.0.0-191.255.255.255) ovat käytössä organisaatioissa, joilla on toimipisteitä ympäri maata ja joille pienemmät C-luokan osoitteet eivät riitä. B-luokan osoitteet ovat nopeitten loppumassa, koska ne ovat sopivimmat useimmille organisaatioille. Siksi näitä ei myönnetä enää kuin suuriin verkkoihin Luokka C sisältää verkko-osoitteet 192.0.0.0-223.255.255.255 (esim. 192.168.100.1). Laiteosoitteita varten on jäljellä vain yksi oktetti, joka mahdollistaa 254 erillistä osoitetta. Pelkästään C- luokan osoitteilla voi rakentaa laajojakin reititinverkkoja, mutta määrittely on hieman hankalampaa kuin A- ja B-luokan osoitteilla. Luokka Osan alku Verkko osa Isäntä osa Aliverkkopeite Asemia A 0 7 bittiä 24 bittiä 255.0.0.0 16 777 214 B 10 14 bittiä 16 bittiä 255.255.0.0 65 534 C 110 21 bittiä 8 bittiä 255.255.255.0 254 D 1110 20 bittiä 8 bittiä 255.255.255.0 254 Luokkien bittijako Koska IP-osoitteita on rajallisesti käytössä, on tullut tavaksi käyttää yrityksien sisäisissä verkoissa (intranet) ns. privaattiosoitteita. Nämä IP-osoitteet ovat sellaisia joita voi huoletta käyttää yrityksien sisällä ilman että yrityksellä itsellä tarvitsisi olla varattuna suuri määrä IP-osoitteita. Liikennöinti maailmalle käyttäen privaattiosoitetta onnistuu siten että, paikallisverkossa oleva proxy-serveri (välimuistipalvelin), palomuuri tai reititin antaa privaattiosoitetta käyttävälle asemalle määritellyn julkinen osoitteen ja itse huolehdi että liikenne sisäänpäin ohjautuu oikeaan osoitteeseen. Tämä johtuu siitä että reitittimet eivät välittää eteenpäin paketteja joissa kohdeosoite kuuluu privaattiosoitealueeseen. Vapaasti käytettävissä olevia ns. privaattiosoitteita: Luokka A: 10.0.0.0 Luokka B: 172.16.0.0-172.31.0.0 Luokka C: 192.168.0.0-192.168.255.0 Luokka IP alue A 1.0.0.0-126.255.255.255 B 128.0.0.0-191.255.255.255 C 192.0.0.0-223.255.255.255 D 224.0.0.0-239.255.255.255 IP osoitteiden luokat