Tietoliikenne I (kevät 2003) 

Kurssin sisältö: 

1.Johdanto

1.0.asiakas-palvelin malli (client-server model)

 1.1. Tietoliikenneverkko: isäntäkone, reititin, linkit, protokollat
           pakettivälitteinen/piirikytkentäinen  (packet switched/circuit switched)
           sanomavälitteinen (message switching)
           etappivälitteinen (store-and-forward), etenemisviive (propagation delay)
           tietosähkeverkko (datagram)
           virtuaalipiiri (virtual circuit)
           kanavointi (multiplexing): TDMA, FDMA, tilastollinen kanavointi (statistical multiplexing)
           reititys (routing), reititystaulu

 1.2 Protokolla
       protokolla; palvelu; rajapinta, SAP 
       yhteydellinen/yhteydetön palvelu  (connection-oriented/connectionless service)
       kerrosmalli, kerrosten tehtäviä
       virhevalvonta, vuonvalvonta, ruuhkanvalvonta

1.3. Siirtomedia : kierrettypari, kaapeli, lasikuitu, langaton, satelliitti 
       häiriöt siirtotiellä
 
1.4.Viitemalleja
        TCP/IP-viitemalli
        OSI-viitemalli

1.5. Esimerkkejä verkoista
       Internet 
       pääsy Internetiin

2.Sovelluskerros (application layer)

2.0.Yleistä
        Sovelluprotokolla: sanomatyypit, sanomien syntaksi ja semantiikka, sanomien 'vaihtosäännöt'
        prosessien kommunikointi: pistokkeet, osoittaminen, portti, 
        Internetin kuljetuspalvelut: TCP, UDP

2.1. WWW  
             HTTP-protokolla
                sanomat: request ja reply
                autentikointi, pipari
                sanomienvaihto TCP:llä
             URL
             WWW-välimuisti (proxy-palvelin)
          

2.2.Sähköposti
              postipalvelin (mail server), postiohjelma (mail reader)
             SMTP-protokolla
                 push ja pull protokollat
             MIME-laajennos
                 base64-koodaus

             IMAP, POP3

2.3. DNS 
             domain-nimiavaruus
             IP-nimen selvittäminen
              nimipalvelimien hierarkia
                    juurinimipalvelin, 
                    rekursiivinen kysely
                    iteratiivinen kysely
               hakemistotietue
               DNS-protokolla, DNS-sanoma
               DNS-välimuisti


3. Kuljetuskerros  
       3.1. Kuljetuspalvelu 
             päästä-päähän eli prosessilta prosessille (IP-osoite, porttiosoite, tunnetut portit )

      3.2.  pistokerajapinta
                  pistoke (socket)
                  pistokeprimitiivit ja kuljetusyhteyden muodostus 

      3.3. UDP
              sanoma
              tarkistussumma (checksum)

3.4. Luotettava tiedonsiirto
             stop and wait
             liukuvan ikkunan protokolla :  go back N, valikoiva toisto (selective repeat)
                     ACK- ja NAK-kuittaukset, ikkunan koko ja numeroavaruus

3.5.TCP-protokolla
             yhteyden muodostus ja purku
                 kolminkertainen kättely
                 kahden armeijan ongelma
            virheettämyys ja sanomien järjestyksen säilyminen: järjestysnumerot ja kuittaukset,
                 toistokuittaus
            vuonvalvonta: joustava liukuva ikkuna
            siirron optimointi: lähetys merkki kerrallaan ja Naglen algoritmi, silly window -syndroma
            TCP-segmentti ja sen kentät
            pseudo-otsake

3.6.TCP-ruuhkanvalvonta  
             ruuhkaikkuna, hidas aloitus, kynnysarvo, lähetysikkuna
             uudelleenlähetysajastin ja sen arvon laskeminen
             nopea toipuminen, nopea uudelleenlähetys

       3.7. TCP-yhteyden hallinta pistokeprimitiiveillä

     

4.Verkkokerros

       4.0. Verkkokerroksen palvelut 
              virtuaalipiiriverkko <= >tietosähkeverkko 

       4.1.  Reititys
              reititysprotokolla, reititysalgoritmi      
              staattinen / dynaaminen reititys 
              Dijkstran algoritmi 
              Tulvitus (Flooding)
             Etäisyysvektorireititys  
                     reititin tietää 'etäisyyden' naapureihinsa 
                     tietoja vaihdetaan naapureiden kesken 
                     hyvät tiedot etenevät kohtalaisen nopeasti, 
                     huonot erittäin hitaasti (count-to-infinity,)
                     "split horizon with poisoned reverse"
           Linkkitilareititys 
                   Reitittimen tehtävät: 
                      selvitä naapurit 
                      mittaa etäisyys naapureihin 
                      tee tiedoista paketti 
                      lähetä tulvittamalla  kaikille muille reitittimille 
                      laske lyhyin polku jokaiseen reitittimeen  esim. Dijkstran algoritmilla 

    4.2. Reititin
        Reitittimen rakenne ja toiminta 
             puskurit, kytkentäosa, reititysprosessori

    4.3. Verkkojen yhdistäminen (Internetworking)
          Erilaisia verkkoja => ongelmia => paloittelu (fragmentation)

    4.4. Internetin verkkokerros
           IP-protokolla ja sen toiminta 
                IP-datasähke ja sen kentät

     4.5. IP-osoitteet
           luokalliset osoitteet ja niiden ongelmat
           CIDR

     4.6. Muita Internetin verkkokerroksen protokollia 
           ARP 


5.Linkkikerros
     monilähetys (multicast), yleislähetys (broadcast), kaksipisteyhteys    (point-to-point)

     5.1. Virhevalvonta
            kehys (frame)
            havaitseminen ja korjaaminen (forward error correction)

     5.2.  virheen havaitseminen 
                 pariteettibitti 
                 pitkittäis-poikittainen pariteeetti 
                 Internet-tarkistussumma
                 CRC 
                                   
         5.3. Yhteiskäyttöinen kanava 
                törmäys, kanavan kuuntelu 
                Yleislähetysprotokollia 
                    ALOHA 
                   CSMA, CSMA/CD 
                   varausprotokollat
                    vuorotteluprotokollat
                   kanavan jakoprotokollat
                         CDMA 

      5.4. Ethernet-lähiverkko 
              rakenne: väylä tai tähti
              CSMA/CD
                     törmäysten käsittely (Binary exponential backoff) 
             Ethernet-kehys ja toiminta     
              LLC <= >MAC 
          
5.5.  LAN-osoitteet ja ARP

5.6.  Keskitin, silta ja kytkin
              yhdistäminen keskittimillä
              tuntumaton silta
                    sillat keräävät tietoja kehyksistä ja huolehtivat niiden reitityksestä 
                    takaperinoppiminen 
                    jos silta ei tiedä, minne ohjataan, se tulvittaa kehyksen 
                    virittävä puu (spanning tree)
              kytkin

     5.7. PPP-protokolla
            toiminta
               tavunlisäys