Verkot ja yhteydet

Tietoverkolla tarkoitetaan kokonaisuutta, jossa vähintään kaksi tietokonetta on liitetty toisiinsa ja niiden reursseja voidaan hyödyntää verkkoon liitettyjen koneiden kautta. Verkot voidaan jakaa useampaan eri tyyppiin, joista tyypillisimpiä ovat LAN (Local Area Network) eli paikallisverkko/lähiverkko ja WAN (Wide Area Network) eli alueverkko/laajaverkko.

LAN ja WAN

Lähiverkossa työasemat on tyypillisesti kytketty samaan Ethernet-verkkoon tyypillisesti kytkimen (switch: yhdistää koneet lähiverkkoon) välityksellä. Laitteet on mahdollista yhdistää myös keskittimen (hub: tai moniporttitoistin) välityksellä. Keskitin välittää kaiken liikenteen kaikkiin suuntiin, kun taas kytkin oppii verkon rakenteen ja kykenee välittämään tietoliikenteen suoraan lähettäjältä vastaanottajalle. Reititin (router) puolestaan yhdistää lähiverkkoja tai verkkojen osia. Reitittimen toimintaa voisi kuvata vaikkapa kotiverkolla. Kun kotiin hankitaan nettiyhteys, toimii reititin kodin lähiverkon ja operaattorin verkon yhdistäjänä.

Ethernet on Xeroxin, DECin ja Intelin kehittämä verkkotekniikka, joka mahdollistaa tiedonsiirron verkkoon liitettyjen koneiden välillä ilman ulkoisia medioita 10, 100 tai 1000 Mbps (megabittiä/s) teoreettisella maksiminopeudella. Yhteenliitetyistä lähiverkoista voi muodostua ns. laajaverkko (WAN). Nämä ovat maantieteellisesti tyypillisesti esimerkiksi kaupunkiverkkoja laajempia.

Myös esimerkiksi tulostimia ja tulostuspalveluita voidaan jakaa lähiverkon sisällä, mikä tarkoittaa että lähiverkon sisällä käyttäjät voivat hoitaa tulostamisen yhdellä ainoalla tulostimella suoraan omalta työasemaltaan. Samalla tavalla myös kotikäyttäjä voi jakaa tulostimensa kotiverkon sisällä useamman koneen käyttöön. Näin voidaan vähentää useiden tulostinten hankintakustannuksia ja saadaan yksinkertaistettua tiedonsiirtoa.

Internet, Intranet ja Extranet

Internet on useista toisiinsa liitetyistä verkoista ja palvelimista sekä niiden tarjoamista palveluista koostuva maailmanlaajuinen kokonaisuus. Usein termit internet ja World Wide Web (WWW), suomalaisittain nettisivustot sekoitetaan keskenään. WWW on yksi internetin sisältämistä palveluista. Muita internetissä tarjolla olevia palveluita ovat mm. sähköposti ja tiedostonsiirtoprotokolla eli FTP (File Transfer Protocol).

Internet on siis yleiskäsite monille maailmanlaajuisille sähköisille ja samalla periaatteessa ilmaisille palveluille. Verkkoon liittyminen suoritetaan jonkin palveluntarjoajan tarjoaman yhteyden kautta, mikä useinkaan ei ole ilmaista. Nykyisin esimerkiksi oppilaitokset, julkiset tilat ja erilaiset yritykset tarjoavat jäsenilleen tai asiakkailleen ilmaisen verkkoyhteyden käytettäväksi.

1993 julkaistiin ensimmäinen nykyisen internet-selaimen kaltainen visuaalinen nettiselain. Tätä ennen internet, mukaan lukien sähköposti, oli käytössä pääsääntöisesti yliopistoilla ja julkisissa laitoksissa. Alunperin koko idea hajautetusta tietojärjestelmästä on kuitenkin lähtöisin Yhdysvaltain armeijan tarpeista, jota varten luotiin ensimmäinen tietoverkko, ARPANET 1960-luvulla.

Intranet tarkoittaa yleensä esimerkiksi yrityksen tai oppilaitoksen sisäistä, internetin kaltaista palveluiden tarjontaverkkoa, jonka käyttäjäryhmä on rajattu lähiverkon (LAN) tai alueverkon (WAN) sisään. Intranetin palveluihin ei pääse käsiksi näiden verkkojen ulkopuolelta, esimerkiksi kotikoneen verkkoyhteydellä. Tyypillisesti tarjolla olevat palvelut toimivat yhden tai useamman verkon sisäisen palvelimen avulla. Palvelin on tietokone, joka on määritetty käsittelemään tietyt verkon sisäiset tapahtumat kuten toimimaan tiedostojen tallennuspaikkana. Intranetin rajaaminen tapahtuu palomuurin avulla. Palomuurina voi toimia jokin verkon sisäisistä palvelimista tai se voi olla internet-yhteyden ja alueverkon välissä oleva laite, esimerkiksi reititin.

Extranet on käytännössä rajattu osa intranetin palveluita – esimerkiksi osa web-sivuista tai tiedostopalvelin – joiden käyttöön tarjotaan mahdollisuus intenetin kautta. Tämä toteutetaan tyypillisesti juuri säätämällä palomuurin toimintaa ja mahdollistamalla liikenteen läpikulku kyseistä palvelua varten. Extranetin piirteisiin kuitenkin kuuluu se, että käyttäjällä on oltava voimassa oleva käyttäjätunnus ja salasana intranetiin. Ilman käyttäjätietoja extranetin palveluita ei voi käyttää. JAMK:n järjestelmistä esimerkiksi ELMO:n käyttäminen tapahtuu käyttäjätunnuksilla extranetin palveluna oppilaitoksen verkon ulkopuolelta kirjauduttaessa.

Internet-yhteydet

Saadakseen tietokoneensa kytkettyä internetiin täytyy käyttäjän hankkia internet-yhteys joltakin palveluntarjoajalta eli ISP:ltä (Internet Service Provider). Internet-yhteyksiä on karkeasti kahta eri päätyyppiä:  laajakaistayhteydet (ADSL, 3G,  4G tai 5G) ja kiinteä internetyhteys runkoverkkoon (esim. FUNET, joka tarjoaa verkon korkeakouluille ja tutkimuslaitoksille).

Laajakaistayhteyksillä yhteydenmuodostus tapahtuu modeemin välityksellä. Nimi modeemi tulee englanninkielisestä sanasta modem (modulator/demodulator). Modeemin tehtävänä on muuntaa tietokoneelta lähtevä digitaalinen signaali analogiseksi, jotta se voidaan välittää analogista verkkoa (puhelinverkko) pitkin. Vastaavasti sisääntulevan analogisen signaalin modeemi muuntaa digitaaliseksi tietokoneen ymmärtämään muotoon.

Laajakaistayhteys

Laajakaistayhteyksiä on kahta tyyppiä: xDSL (Digital Subscriber Line), joista kuluttajille tyypillisesti tarjottu versio on ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), sekä kaapelimodeemiyhteys. Erona näiden kahden välillä on se, että ADSL hyödyntää jo olemassa olevaa puhelinverkkoa kun taas kaapelimodeemiyhteys muodostetaan kaksisuuntaisen kaapeli-TV -verkon välityksellä. Nykyisin operaattorit purkavat perinteisiä puhelinverkkokaapeleita niiden huoltokustannusten ja tiedonsiirron hitauden vuoksi. Vaihtoehdoksi siten jää yhä useimmin langaton verkkoyhteys (4G, 5G).

Laajakaistaliittymien nopeudet ilmoitetaan yleensä kilo- tai megabitteinä sekunnissa (kb/s ja Mb/s). Siirtonopeuksien esittämiseen internetissä käytetään yleisesti tavuja sekunnissa; kilotavua /sekunti eli kt/s (engl. kB/s) tai megatavua /sekunti eli Mt/s (engl. MB/s). Seuraavassa vielä yksiköiden suhteita:

• 1 tavu (t) = 8 bittiä (bit)
• 1 kilo (k) = 1024
• 1 mega (M) = 1024 k

ADSL-tekniikalla on mahdollista saavuttaa jopa 24 Mb/s siirtonopeus sisäänpäin tulevalle liikenteelle. Tyypillisesti kotikäyttäjille tarjotut nopeusluokat vaihtelevat 1 Mb/s – 24 Mb/s, mutta nopeampiakin yhteyksiä on nykyisin tarjolla. ADSL-yhteys käyttää tiedonsiirtoon perinteistä kuparipuhelinverkkoa, mutta ei vaadi käyttäjältä lankapuhelinliittymää. Ns. ADSL2+ -tekniikalla olisi mahdollista nostaa nopeus 48 Mb/s:iin, mutta kuluttajille tällaisia liittymiä ei juuri ole tarjolla. ADSL-signaali toimii eri taajuudella kuin perinteiset puhelinliittymät ja tästä syystä ADSL-yhteys voidaan kytkeä myös perinteisen lankaliittymän rinnalle.

VDSL on ADSL yhteyttä nopeampi vanhaa puhelinverkkokaapelia hyödyntävä tekniikka. VDSL -tekniikalla on mahdollista saavuttaa jopa 300 Mbit/s nopeus, mutta tämä vaatisi alle 250 m matkaa jakamoon. Tyypillisesti yhteysnopeudet ovat 30-100 Mbit/s tienoilla, riippuen matkasta jakokeskukseen.

Kuituverkoissa tieto siirretään kiinteästi valokuitua pitkin laservalolla. Tiedonsiirtonopeudet ovat suuruudeltaan yli Gb/s. Tiedonsiirto on varmempaa kuin mobiiliteknologioilla. Suomessa on käynnissä ja jo toteutettu useita haja-asutusalueiden kuituverkkohankkeita. Verkon rakentamiskustannukset ovat usein melko suuret, mikä vaatii riittävän asiakaskunnan alueellisesti, jotta verkko voidaan rakentaa.

4G (fourth generation) ja 5G (fifth generation) -verkot perustuvat ns. neljännen ja viidennen sukupolven matkapuhelinteknologialle.  Yhteysnopeudet liikkuvat 4G verkossa käytännössä 10-100 Mb/s välillä. Nykyisellään verkko-operaattorit tarjoavat yleisesti 5G-verkkoja, joilla siirtonopeudet voidaan nostaa aluksi noin 1 Gb/s tasoille ja siitä myöhemmin ylemmäs, teknologisten ratkaisujen myötä myös verkon viive pienenee. Haja-asutusalueella 5G yhteysnopeudet ovat suuruusluokaltaan tyypillisesti 50 Mb/s-300 Mb/s.

Yhteyttä valitessa täytyy varmistaa esim. 5G:n peittoalue eli toimiiko yhteys luvatulla nopeudella alueella, jossa sitä pääsääntöisesti aiotaan käyttää. Vaikka yhteyden pitäisi peittoalueen mukaan toimia täydellä nopeudella, saattaa käytettävä yhteys tippua alemmaksi. Langattomien yhteyksien nopeusvaihtelut riippuvat olennaisesti myös verkkoa käyttävien laitteiden määrästä. Langattomien (mobiiliyhteyksien) nopeus on myös erityisen paljon riippuvainen kunkin tukiaseman käyttömäärästä. Kun verkon käyttäjämäärä saman tukiaseman kantamalla kasvaa, yhteys hidastuu (”kaista kapenee”) usein huomattavasti.

HPNA tai HomePNA on Home Phoneline Networking Alliancen kehittämä tekniikka, joka mahdollistaa DSL-yhteyden jakamisen talon puhelinverkkoa pitkin. Tyypillisesti HomePNA-yhteyksiä hyödynnetään rivi- ja kerrostaloissa. Etuna ADSL:än verrattuna on se, ettei käyttäjä tarvitse erillistä ADSL-modeemia vaan pelkän HomePNA-sovittimen. Teknisesti HomePNA toteutetaan vetämällä taloyhtiöön DSL (ADSL) -yhteys, joka jaetaan talon asuntojen kesken puhelinlinjoja pitkin. Kaistan jakaminen tarkoittaa käytännössä sitä, että yhtäaikaisten käyttäjien määrä vaikuttaa kunkin asukkaan käytettävissä olevaan yhteysnopeuteen.

Kaapelimodeemiyhteys toimii nimensä mukaan kaapeliverkossa. Ainoa rajoittava tekijä tämän yhteyden hankintaan on kaapeli-TV -verkon näkyvyysalue ja se, että yhteyden täytyy olla kaksisuuntainen. Kaapeliverkossa tulevan liikenteen tiedonsiirtonopeudet ovat tyypillisesti suurempia kuin ulospäin liikkuvan liikenteen nopeudet.

Liittymien ilmoitetut nopeudet ovat aina teoreettisia nopeusmaksimeja ja todelliset nopeudet voivat yhteystyypistä riippuen olla 5 – 40 % alhaisempia. Todelliseen nopeuteen vaikuttavat mm. verkkotekniikat (kiinteä, langaton…) sekä verkon kuormitus. Seuraavassa taulukossa on esitetty arvio todellisista latausnopeuksista verrattuna teoreettiseen maksimiin. Siirtonopeuksien selkeyttämiseksi taulukon arvot on muutettu kilotavuiksi/s. Esimerkiksi 1 Mbit /s = 128 kt/s (1024 kbit / 8 bit/t=128 kt).