Alueverkon rakenne

Kaapelitiet

Alueverkon tehokas toteutus edellyttää, että suurin osa alueen tai sen osan kiinteistöistä on mukanan verkossa. Kaapelireitit yhdistävät ensi sijassa vierekkäisiä kiinteistöjä.

Alueverkon kaapelit sijoitetaan pääosin rakennusten alle ja sisään. Rakennusten välillä kaapelit sijoitetaan maanalaiseen kaapeliputkeen. 

    _____________________
   |                     |
===|     |Talokytkin|    |
   |\         ||         |
   | \________||         |
   |            \____    |  Kaapeliputki (50mm)
   |                 \___|     ___________
   |_____________________|====|-          |
                              | \     |T| | 
                              |  \    |a| | 
                              |   \   |l| | 
                              |    \__|o| | 
                              |     __|k| | 
                              |     \ |y| | 
                              |      \|t| | 
                              |       \   | 
                              |        \  | 
                              |         \ | 
                              |__________-|======

Maanalaiset tilat

Useilla alueilla on kiinteistönomistajien kollektiivisessa hallinnassa olevia maanalaisia tiloja. Pikkuhuopalahdessa Paciuksenkadun pysäköinti OY omistaa maanalaisen pysäköintihallin, josta on suora pääsy yli kymmeneen kiinteistöön.

Ilmakaapelit

Muiden vaihtoehtojen puutteessa tai tilapäisenä ratkaisuna kaapelit voidaan pingoittaa ilmaan rakennusten välille. Tätä rakennustapaa käytetään erittäin yleisesti kaapelitelevisioverkon rakentamisessa. Alueverkon valokuitukaapelit ovat vain muutamia millimetrejä paksut, ja siten paljon huomaamattomammat kuin kaapelitelevision paksut koaksiaalikaapelit.

Vuokratut kaapelikanavat

Pidemmillä etäisyyksillä kaapelit voidaan sijoittaa kadun alle, puhelinlaitokselta vuokrattuun kaapelikanavaan.

Pikku-Huopalahti

Pikku-Huopalahden rakennukset ovat rakennettu korkeiden paalutusten varaan (~20m). Perustusten reunamuuri on valettu paalujen päälle. Rakennuksissa ei ole kellareita. Rakennuksen alla on kuitenkin avoin "ryömintätila", jonka korkeus on 1 - 1,5m. Tila on yhtenäinen ilman väliseiniä ja ulottuu talon päästä päähän.

Rakennukset ovat sijoitettu lomittain, siten että rakennusten kulmien etäisyys on usein vain 3 - 5m. Autoliikenne on sijoitettu alueen ulkoreunoille. Rakennusten välissä kulkee yleensä vain kävelytie, joka on päällystetty betonikivetyksellä. Koska välissä ei ole asfalttia, on kohtuullisen helppo sijoitaa rakennusten välille maanalainen kaapeliputki. Työ voidaan tehdä talkoilla talojen asukkaiden toimesta.

Kantakaupunki

Kantakaupungin umpikortteleissa rakennukset voidaan yhdistää ullakkotilojen kautta kulkevilla kaapelelilla.

Ruoholahti

Kaapelit voidaan ensimmäisessä vaiheessa sijoittaa ilmaan. Rakennusten välissä kulkee jo nyt lukuisia vaijereita, joihin on sijoitettu katuvalaisimia ja raitiovaunun ilmajohtimia.

Kaapelit (Valokuidut)

Alueverkko on rakenteeltaan vertaisverkko. Tarkoituksena on yhdistää toisiinsa lähekkäiset rakennukset. Alueverkon luotettavuus saadaan aikaan siten, että verkossa on useita vaihtoehtoisia reittejä.

Tiedonsiirron kustannukset ja nopeus ovat vahvasti riippuvaisia etäisyyksistä. Käyttämällä vain lyhyitä yhteysvälejä voidaan käyttää edullisia laitteita.

Alueverkon kaapeleissa käytetään monimuotokuitua. Kaapeleissa on tyypillisesti vain 1 tai 2 kuituparia. Kuitujen pituudet ovat korkeintaan muutamia satoja metrejä. Alle 100m etäisyyksillä voidaan käytää edullisia valmiiksi terminoituja (= liittimet päässä) liitoskuituja.

Arabianranta

Perinteisessä teleoperaattorimallissa rakennetaan tähtimäisiä verkkoja, joissa pitkät kaapelit tai valokuidut yhdistävät käyttäjät suoraan operaattorin keskittimeen. Kaapeleina käytetään 96:n tai 48:n yksimuotokuidun maakaapelia.

Tällainen rakenne on myös Helsingin kaupungin ja Energialaitoksen rakentamassa Arabianrannan alueverkossa. Yksimuotukuitu edellyttää huomattavasti kalliimpia laitteita kuin monimuotokuitu. Tämä tekee huomattavan vaikeaksi sen, että kiinteistönomistajat hallitsisivat verkon aktiivilaitteita. Ilmaispalvelut ovat käytännössä mahdottomia.

Kaupunginosien yhdistäminen

Eri kaupunginosien paikalliset alueverkot voidaan yhdistää yhdeksi kaupunginlaajuiseksi alueverkoksi (MAN Metropolitan Area Network). Tähän tarkoitukseen voidaan käytää Helsingin Energialaitoksen valokaapeliverkon yksimuotokuituja.

Nopeudet

Nykyajan Ethernet-tekniikka mahdollistaa erittäin suuret tiedonsiirtonopeudet verkon sisällä. Alueverkko mitoitetaan siten, että alueverkon yhteydet eivät koskaan ole liikenteen pullonkaulana. Tietoliikenteen määrää rajoitetaan (jos tarpeen) verkon reunoilla, esimerkiksi palveluntarjoajien reitittimissä.

Alueverkon yhteydet muodostavat puumaisen rakenteen, siten että yksi nopea yhteys jakaantuu Ethernet-kytkimessä useammaksi hitaammaksi yhteydeksi. Tällä tavalla voidaan minimoida tarvittavien valokuitujen määrä. Sen sijaan, että samassa kaapelissa kulkisi useassa kuituparissa kussakin 100 megabitiä sekunnissa, rittää yksi kuitupari jossa kulkee yksi gigabitti / s.

Alueverkon runkoverkko muodostuu 1Gbit/s yhteyksistä. Runkokytkimiä on 200m - 500m välein. (Tätä pitempi yhteysväli edellyttäisi yksimuotokuidun käyttöä, näin tullaan toimeen halvemmilla monimuotokuitulaitteilla.) Luotettavuussyistä on runkoverkko rakenteeltaan rengasmainen.

Runkokytkimestä haarantuu useita 100Mbit/s yhteyksiä, jotka päätyvät alueverkon korttelikytkimiin. Korttelikytkimistä on taloihin 100Mbit/s tai 10Mbit/s yhteydet.

Käytettävät siirtotekniikat:

1000Base-LX - Gigabitin Ethernet yksimuotokuidussa, max 10km
Kaupunginosien välisiin yhteyksiin, nopeus miljardi bittiä sekunnissa = 1Gbit/s
1000Base-SX - Gigabitin Ethernet monimuotokuidussa, max 550m
Kaupunginosan sisäinen runkoverkko, nopeus 1Gbit/s
100Base-FX - Nopea Ethernet monimuotokuidussa, max 2km
Nopeus sata miljoonaa bittiä sekunnissa = 100Mbit/s
10Base-FL - Tavallinen 10Mbit/s Ethernet monimuotokuidussa, max 2km
Hitaampi vaihtoehto yksittäisten kiinteistöjen yhdistämiseen

Lisää aiheesta: Alueverkon mitoitus

Kytkimet

Alueverkon aktiivilaitteina toimivat Ethernet-kytkimet. Verkossa ei ole: 1990-luvun alueverkkohankeet perustuivat reititintekniikalle. Sadan käyttäjän verkkoa palvelee lähes sata PC:tä, jotka pyörittävät Linuxia ympäri vuorokauden. Tämä malli on käytössä Kotiverkkoyhdistys DNA:n alueverkossa Espoon Kivenlahdessa.

Nykyajan lähiverkkotekniikaan perustuvassa alueverkossa yksi yhtenäinen Ethernet-verkko ulottuu koko kaupunginosan (tai jopa koko kaupungin) alueelle.

Miksi alueverkossa tarvitaan kytkimiä?

Pelkkää kuparia?

Alueverkko ilman mitään aktiivilaitteita on periaatteessa mahdollinen. Tällainen ratkaisu on alkuperäinen Ethernet 80-luvulta. Toimistotalojen verkkoja rakennettin siten, että yksi koaksiaalikaapeli (ensin paksu keltainen, myöhemmin ohut musta) kiermurteli kaikkien toimistohuoneiden läpi. (Co-axial = samankeskeinen)

Kellarissa saattoi olla passiivinen toistin (hubi), joka yhdisti eri siipien kaapelit ja toi verkkoon tähtimäisen rakenteen. Erilliset rakennukset voitiin yhdistää valokuidulla ja meediamuuntimilla.

Toimintaperiaate oli sama kuin Pitcairn saaren (muinaisessa) puhelinverkossa:

Katso: CIA - The World Factbook 2002 -- Pitcairn Islands "only party line service..."

Tällaisen "jaetun" (shared media) Ethernetin rajoitukset:

Kytkinten edut

1990-luvun tekninen kehitys toi kytkiment jokaisen Ethernet-verkon osaksi. Kytkimistä on nykyään tullut rautakauppatavaraa: Bilteman valikoima.

Kytkentäinen Ethernet-verkko onkin ylivoimaisesti tehokkain ja edullisin tapa siirtää bittejä paikasta toiseen.

Miksi alueverkossa ei tarvita reitittimiä?

Reitityksessä paketteja ohjataan eri verkon osien välillä. Verkon osien ei kuitenkaan tarvitse olla fyysisesti tai maantieteellisesti erillisiä, ne voivat olla virtuaali LANeja samassa alueverkossa.

Reititintä ei siis tarvita siirtämän paketteja lähemmäksi määränpäätään. Se on tähän aivan tarpeettoman kallis ja monimutkainen, bitit siirtyvät pelkillä kytkimillä. Vertaus tieliikenteestä:

Ethernet-kykimet
Katu ja asfaltti
Reitittimet
Autot, taksit, kuljetusliikkeet
Modemit

Eräs syy miksi reitittimiä joudutaan käytäämään on se, että verkon yhteydet on toteutettu modeemein. Modeemia ei suoraan voi kytkeä Ethernet-kytkimen porttiin. Väliin kytketäänkin Linux-PC tai muu reititin, jossa on sarjaportti modeemille ja Ethernet portti lähiverkolle.

Nykyään ASDL-yhteydet pyritään toteuttamaan "siltaavina". ADSL-modeemin Ethernet-portti saadaan näyttämään siltä, kuin kyseessä olisi portti palveluntarjoajan Ethernet-kytkimessä.

Langaton verkko

Sillat

Langaton WLAN-tekniikka tarjoaa vaihtoehdon alueverkon runkoverkon rakentamisessa. Langattomilla silloilla (Wireless Bridge) voidaan yhdistää alueverkon osia tai yksittäisiä kiinteistöjä. Siltojen nopeudet ovat etäisyyksistä ja käytetyistä laitteista riippuen 1Mbit/s - 54Mbit/s.

IEEE 803.11 standardin mukainen WLAN on Ethernet-tekniikan yksi muoto, vain väliaine on toisenlainen. Ethernet-verkon osat voidaan läpinäkyvästi yhdistää toisiinsa ilman, että välissä tarvitaan reitittimiä tai muita korkeamman tason aktiivilaitteita. Myös Virtuaali LANit (VLAN) menevät silloista sellaisenaan läpi.

Langattomat yhteydet:

Ethernetin nimellisnopeudet eivät suoraan ole verrattavissa WLAN:in ja HomePNA:n nopeuksiin. Valokuitu-Ethernetissä käytetään kaksisuuntaista full-duplex moodia, sama 10 - 1000 Mbit/s voi samaan aikaan edetää molempiin suuntiin, tehollinen kapasiteetti on siten 20 - 2000 Mbit/s. WLAN:in ja HomePNA:n nimellisnopeus on jaettua kaistaa. Molempien suuntien liikenne, samoin kuin mahdollisesti useampi käyttäjä kilpalevat samasta kaistasta. Tehollinen siirtonopeus jää alle 60%:n nimellisnopeudesta.

Lähetystehot 2.4GHz taajuusalueella

USA:n määräysten sallima suurempi lähetysteho mahdollistaa jopa 40km linkit. Suomen erittäin rajoittavat määräykset rajoittavat etäisyyksiä, tai edellyttävät erittäin vahvoja suunta-antenneita. (USA:n määräykset mahdollistavat jopa 1000 kertaa suuremman lähetystehon.)

Tukiasemat

WLAN-tukiasemien kautta voidaan avata pääsy alueverkkon. Tavoitteena on, että kuka tahaansa kiinteistönomistaja voi turvallisesti sijoittaa tiloihinsa (tai niiden ulkopuolelle) WLAN tukiasemia jotka ovat suoraan yhteydessä alueverkoon.

Langaton Internet-käyttäjä voi tukiaseman kautta kytkeytyä oman palveluntarjoajansa verkkoon. Vaihtoehtona on, että tukijat ja sponsorit tarjoavat Internet-yhteydet langattomien käyttäjien ilmaiskäyttöön. Tarkoitus on, että yritysten ja kotikäyttäjien tutkiasemant voidaan avata ulkopuolisille, ilman että se aiheuttaa kohtuuttomia kustannuksia tai riskejä tukiaseman omistajalle.

Jotta kytkeytyminen verkkoon voisi tapahtua missä vain, tukiasemat käyttävät ja mainostavat alueverkon SSID tunnusta. Helsingissä tämä on HelsinkiOpen.net. Tästä tunnuksesta liikkellä olevat käyttäjät tietävät, että verkkon kytkeytyminen on mahdollista.

Virtuaaliverkot (Palveluntarjoajien erottaminen)

Eri palveluntarjoajat toimivat alueverkossa erillisissä toisistaan erotetuissa virtuaaliverkoissa. Palveluntarjoajan asiakkaat eivät verkossa näe kuin palveluntarjoajan reitittimet ja mahdollisesti toisensa. Liikenne eri palveluntarjoajien asiakkaiden välillä tapahtuu Internet-osoitteilla, alueverkon "ulkopuolelta".

On olemassa kaksi vaihtoehtoista tekniikka virtuaaliverkkojen rakentamiseksi, VLAN ja VPN. VLAN erottaa käyttäjät OSI-mallin 2-kerrosella (linkkikerros), VPN-tekniikassa virtuaaliverkot toimivat mallin 3-kerroksella (IP-kerros).

VLAN (Virtual LAN) Virtuaalinen lähiverkko

Lähiverkkotekniikka (Ethernet mukaanlukien) mahdollistaa usean erillisen "lähiverkon" toimimisen samassa verkkoinfrastruktuurissa. Virtuaali LANit konfiguroidaan verkon kytkimissä. Kukin verkon osa määritellään kuulumaan yhteen tai useampaan VLANiin. Runkoverkossa paketit kulkevat "tägättynä" eli aliverkkon tunnuksella leimattuna. Tekniikka määritellään IEEE:n standardissa 802.1Q.

Loppukäyttäjät kuuluvat yleensä vain yhteen VLANiin (oman palveluntarjoajansa VLAN). Jos taloverkko on erotettu alueverkosta taloyhtiön reitittimellä, kuuluu vain tämä reitittimen portti palveluntarjoajan VLANiin. Taloverkko on täysin erillinen lähiverkko, jossa kylläkin voidaan käyttää VLANeja asuntojen erottamiseen toisistaan.

Käytetyistä laitteista riippuen samassa verkon osassa voi olla 16 - 4000 erillistä verkkoa. Eräs suunnitelma virtuaali LANien allokoimiseksi Helsingin alueverkossa.

VPN (Virtual Private Network) Virtuaalinen erillisverkko

VPN-tekniikassa erilliset verkot on suojattu vahvalla salakirjoitustekniikalla, kryptografialla. VPN-tekniikaa käyttävät laitteet näkevät alueverkon IP-verkkona, jossa käytetään suljetun verkon paikallisosoitteita (muotoa 10.x.y.x, RFC1918 ). Verkko voidaan jakaa useammaksi erilliseksi lähiverkoksi joiden välillä suoritetaan reititystä.

Ethernet-kytkimet eivät tiedä erillisverkoista mitään, verkko voidaankin rakentaa yksinkertaisemmista ja halvemmista ei-hallittavista kytkimistä.

VPN-tekniikassa on käytössä kaksi eri standardia, Microsoftin määrittämä PPTP ja IETF:n IPsec .

Helsingin alueverkossa käytetään rinnan molempia virtuaaliverkkotekniikoita. Runkoverkon hallittavissa kytkimissä kulkee useita Virtuaali LANeja. Yksi (tai useampi) näistä on varattu avoimeksi VLANiksi, jossa voidaan käytää VPN-tekniikkoja. Tähän avoimeen LAN:iin on yhdistetty alueverkon avoimet langattomat (Wireless) WLAN-tukiasemat. Tämä tarjoaa kaikille ohikulkijoille avoimen pääsyn verkkoon.

Palveluntarjoajat (ISP Internet Service Provider)

Alueverkko on samanlaisin ehdoin avoin kaikille Internet-palveluntarjoajille. Palveluntarjoajan IP-reitittimet sijaitsevat palveluntarjoajien omissa tiloissa, mutta siten että niistä on yhteys alueverkkoon. Yhteys voi muodostua myös Suomen Internetin keskussolmun FICIX:in kautta.

Palveluntarjoaja voi olla myös kotikäyttäjän työnantaja tai organisaatio. Yliopiston verkolle ja kaupungin koululaitoksen verkolle voidaan varata omat virtuaali LANit.

Alueverkkoyhdistyksen suunnitelmissa ei ole periä palveluntarjoajilta mitään maksua alueverkon käytöstä palvelunsa jakeluun. Ehtoihin saattaa kuitenkin tulla vaatimus, että pieni osuus välitetystä kaistasta luovutetaan alueverkon ilmaispalvelujen käyttöön.

Avoimuus ja kilpailu

Avoin alueverkko ei koskaan kilpaile toisen avoimen alueverkon kanssa. Kahden avoimen verkon kohdatessa syntyy vain yksi entistä suurempi avoin verkko. Kaksi kilpaileva avointa verkkoa on samanlainen looginen mahdottomuus kuin kaksi kilpailevaa vapaata maailmaa (eng. Free World ).

Sama rinnastus sopii tietenkin myös katuverkkoon, Kalevankatu tuskin "kilpailee" Eerikinkadun kanssa vaikka molemmat vievät liikennettä samaan suuntaan. Avoimuus sisältyykin aina sanan "katu" merkitykseen.

Avoimet kadut ja maantiet ovat antiikin suuria keksintöjä ja Rooman valtakunnan tärkein perintö maailmalle. Liikkumisen vapaus on siis aina ollut kansalaisen oikeus.

Kilpailu avoimessa verkossa tapahtuu tasapuolisin ehdoin. Yksikään operaattori tai palveluntarjoaja ei voi orjuuttaa tai alistaa käyttäjiä hallitsemiensa kulkuoikeuksien avulla. Kilpailu tapahtuu siis vain palvelun laadulla ja hinnalla .

Created: July 2003, Last modified: 23 Aug 2003