Telecommunications software and multimedia 
laboratory


TML / Studies / T-110.300 / Homeworks

2001: Homework assignment 8 model answer


Assignment: Quality of Service

We decided to publish these three essays as examples of what sort of answers we expected. We wish express our gratitude to the students who allowed us to publish theit answers. Helsinki University of Technology or Tlark course is not responsible of any errors or opinions in these essays.


1. An essay of the future of the Internet.

by Matti Öhman

Internet has changed rapidly for the last ten years and the whole concept is just forty years old. So it is no wonder that Internet is far from a mature system. Many issues need to be addressed and many features improved. Internet will continue to change rapidly for at least the next ten years. The speed of the change makes forecasting difficult, especially of the future. This essay tries to concentrate on the following five years which would be a short time in some other field but which is an eternity in the net time.

Today there are more than 100 million web servers around the globe. Estimates based on exponential growth show that this number is exceeding 550 million web servers in the year 2006. Somewhat more conservative approach is to use linear growth. These techniques forecast that there will be 300 million web servers after five years. I would guess that the truth lies in somewhere in the middle.

The much praised digital convergence is slowly becoming a reality. It somehow feels foolish to heavily invest into a parallel digital systems such as digital television networks. I am not sure, whether the television will survive such a change or not. When, not if, Internet infrastructure becomes fast enough to transmit HDTV quality picture and multi-cast techniques become commonplace, there will be no reason to own a television and pay for it.

Television broadcasting has traditionally been, if not a pure monopoly, then at least highly regulated business with great national and political interests. There has never before been true competition. TV has always been unidirectional media despite of the many "interactive" programs and the claimed "dialogue" with the viewers. Another interesting feature of television is its billing practice. The billing is not based on the usage the damn thing but on the ownership of the television receiver. Radio-licenses are history and the end of tv-licenses is near.

Traditionally Internet appliances have been running non time critical applications on a fairly static environment. For this kind of use, it is enough to abstract the transmission channel as a byte-stream. Transmission delay or jitter have not been real issues. But things have changed. Especially the transmission of sound and video sets strict requirements on the quality of service provided by the network. Also the use of unreliable radio links, particularly with mobile appliances, forces compromising reliability with transmission delay and jitter.

The arms race between national security agencies, system administrators, secure file formats, hackers and crackers will continue. As the raw calculating power increases the use of industrial strength cryptographic algorithms will become more common. At the same time the traffic in Internet will increase. These two factors make it harder to systematically monitor Internet traffic.

More than a digital convergence with television, I would like to see convergence with other conventional technologies. It would be neat to have a "teletext" in a palmtop computer or in cell phone updated constantly via digital radio. Or convergence with the digital telephone network enabling calls between computers and telephones, telephones and computers and of course also between computers and computers.

Despite of its shortcomings, Internet technology is the way to go also in the near future. Internet will remain the Wild West or the Final Frontier, where the newest, on the edge technologies will be tested and proven. Not all of the them will stand the test of time, but the ones that do will affect everyones lives.


2. Internetin tulevaisuuden näkymät

Anonyymi

Internetin historia ei ole ajallisesti nykymuotoisena kuin noin vuosikymmenen mittainen, toisin sitä edelsi muut tiedeyhteisön käytössä olevat verkot. Varsinaisen läpimurron katson alkaneen vuonna 1995, jolloin Internet tuli suuremmalle yleisölle enemmän tai vähemmän tutuksi ja jolloin myös itse aloin käyttämään sitä. Vaikka nykyinen Internetin jakso on ollut ajallisesti lyhyt, niin paljon on ehtinyt tapahtumaan. Tietokoneen tehot kaksinkertaistuvat Mooren lain mukaan puolessatoista vuodessa, mutta Internetin käyttäjäkunta ja sieltä löytyvien sivujen määrä on kasvanut vielä tätäkin huimaa vauhtia nopeammin. Näin ollen ennustankin, että sama eksponenttiaalinen kasvu tulee jatkumaan ainakin seuraavat kymmenen vuotta.

Myöhemmin voi tulla raja vastaan ja hitaamman kasvun ajat, kun ihmiskunnan yksilöiden määrän rajat tulevat vastaan. Yksi ihminen ei kuitenkaan pysty ylläpitämään kovin monia Internet sivuja ja kaikkia se ei välttämättä kiinnosta. Kasvua kuitenkin lisää se, että Internetistä löytyy paljon vanhoja sivuja, jotka on jätetty sinne arkistoiksi vaikkei niitä enää aktiivisesti ylläpidettäisi. Lisäksi yrityksiltä tulee jatkuvasti uusia tuotteita, jotka yleensä näkyvät Internetissäkin tavalla tai toisella, joten kasvua tulee olemaan ainakin sen vuoksi vaikkei yksityisihmisten ylläpitämien sivujen määrä enää kasvaisikaan jossain vaiheessa. Uskon, että eksponenttiaalinen kasvu ja käyttöpaikkojen leviäminen yhä useampiin maapallon maantieteellisiin kolkkiin tulee jatkumaan ainakin vuosikymmenen ajan. Tätä pidempiä ennustuksia on mielestäni turha lähteä edes tekemään, koska Internetin historiakin on sen verran lyhyt, että luotettavia arvioita on vaikeaa ja siten myös turhaa tehdä.

Yksi syy Internetin käyttöön on sen näennäinen halpuus. Usein Internet on yksilölle lähes ilmaiseksi käytettävissä työpaikalla tai oppilaitoksissa. Myös kotikäyttön kuukausikustannukset on rinnastettavissa lankapuhelinverkon kuluihin, joten käyttö on varsin halpaa mahdollisuuksiin nähden. Suosituimmat sivuthan ovat ilmaiseksi käytettävissä Internetissä ja sieltä voi löytää lähes minkälaista tahansa tietoa jopa reaaliaikaisesti, joten itse sisällön käyttäminen on lähes maksutonta. Kustannukset muodostuvat lähinnä tiedonsiirron loppupäästä ja sekin on halventumassa kaiken aikaa. Internet kokonaisuutena ei ole kenenkään yksittäisen tahon hallinnassa, joten siitä ei voi kukaan laskuttaakaan ylisuuria voittoja.

Internetin tiedonsiirtokapasiteetti on mielestäni kasvanut nopeammin kuin siellä oleva tietomäärä, eli nykyään tieto on nopeammin käsillä kuin aikaisemmin. QoS eli laatupalvelut pyrkivät tekemään Internetin käytöstä lisämaksua vastaan vieläkin nopempaa ja miellyttävämpää. Uskon kuitenkin, ettei niistä tule hyvää laskutuskeinoa yhteydentarjoajille, koska niistä ei olla halukkaita maksamaan halutulla tavalla. Internetin tiedonsiirron nopeuden takaaminen tullaan hoitamaan, siten kuin se on tähänkin asti hoidettu, eli tiedonsiirtoväylien leveys kasvaa muutenkin nopeammin kuin sisällön tarvitsema määrä, jolloin datansiirtotukoksien määrä korjaantuu tätä kautta. Kaikki yhteydentarjoajat kuitenkin lisäävät teknologian halventuessa väyläleveyttänsä, koska kaikki muutkin tekevät niin, eikä asiakkaiden menettämisen vuoksi tässä voi alkaa hidastelemaankaan. Tiedonsiirtonopeudet kasvavat tätä luonnollista tietä.

Lisäksi QoS-mekanismien esteenä on, että verkon ollessa niin monien tahojen hallinnassa, on vaikeaa saada kaikkialle käyttöön menetelmiä palveluluokkien toteuttamiseen. Luokkien toteuttaminen vie kapasiteettia, joten se ei aina ole edes toivottavaa turhan monimutkaisuuden vuoksi. Pienet ryhmät ja tahot, jotka ovat valmiita tuhlaamaan rahaa, voivat käyttää yhteydentarjoajien tarjoamia laatupalveluita. Volyymit jäävät kuitenkin pieniksi, eikä laadun tarjoamisesta koskaan tule toivottua rahasampoa. Uskon myös, että tulevat ääni- ja liikkuvakuvapalvelut tulevat toimimaan ainakin langallisessa verkossa paremminkin pakkauskeinoja tehostamalla ja yleistä väyläleveyttä kasvattamalla kuin vain QoS-mekanismeja käyttäen.

Vähän samanlaisena itsestäänselvyytenä pidettävänä asiana tulee olemaan myös turvallisuus Internetissä. Kaikki tarvittava tieto on salattavissa ja siten palveluiden käyttö on turvallista, kunhan ensin saadaan tekniikoille suuren yleisön hyväksyntä. Tämä on ikävä kyllä hidas prosessi, mutta se on jo meneillään. En esimerkiksi ole juurikaan kuullut esimerkiksi tietomurroista kriittisissä pankkipalveluissa, jotka toimivat salattuna Internetin yli. Suoraan asiakkaalle aiheutuneista vahingoista ei mielestäni ole ollut juttua tiedoitusvälineissä juuri lainkaan, mikä on hyvä asia niiden Internetin palveluiden kannalta, jotka vaativat turvallista tiedonsiirtoa. Eli tämänkaltaiset transaktiot tulevat lisääntymään, mutta hitaasti, ihmisten perusturvattomuuden vuoksi.

Ostoväylänä Internet ei ole koskaan paras mahdollinen, koska niin monissa asioissa asiakas haluaa saada todellisen kontaktin ostamaansa tuotteeseen. Paremminkin Internet on väylä tuoda uudet tuotteet ihmisten tietoisuuteen, missä voi tutustua sen faktoihin ja tarkemmat tutustumiset ja siten myös ostopäätökset tapahtuvat edelleen kaupoissa. Tätä tärkeyttä markkinointikanavana ei ole mielestäni ymmärretty täysin yrityspäättäjien keskuudessa. Internet on halpa väylä markkinoida, eli kertoa tuotteista juuri heille, jotka ovat niistä kiinnostuineita: yrityksen Internet-sivuilla kävijöille. Tätä ei ymmärretä, koska itse ostopäätökset tehdään kaupoissa ja siten rahat tulevat sitä kautta, eivät Internet-palveluista.

Samalla kun verkkojen tiedonsiirtonopeudet kasvavat ja kapasiteettia tulee riittävästi käyttöön, yleistyy myös IP-puheluiden käyttö Internetissä. Internet on halvemman väylän vuoksi kannattava tapa välittää puheluita. IP-puhelut tulevat kuitenkin yleistymään vasta, kun yritykset pitävät niitä turvallisina ja linjat pysyvät auki katkeilematta, eli väylää on käytettävissä tiedonsiirtoon tarpeeksi. Puhelujen yleistyminen vaatii kuitenkin niiden kätevän yhdistämisen sopivaan hintaan myös tavalliseen puhelinverkoon, jolloin käyttäjäkunnalle saadaan tarpeeksi laajat vastaanottajamahdollisuudet. Tämä vaatii sitä, että operaattorit ovat valmiita IP-puheluiden käyttämiseen, mikä todennäköisesti syö heidän tulojaan. Kätevyyden kannalta olisi kuitenkin parempi, että asuntoihin tulisi vain yksi tiedonsiirtoväylä, jossa leveyttä riittäisi kaikkeen tarvittavaan tiedonsiirtoon. Laajakaistaisen Internetin ohella siellä voisivat mennä myös puhelut.

Internet tulee yleistymään juuri siis sen edullisuuden voimalla ja sen vuoksi, ettei se ole harvojen tahojen kontrolloitavana, jolloin siitä ei voida rahastaa ylisuuria voittoja. Tämän vuoksi siitä ei myöskään tule rahasampoa yrityksille. Monet yritykset voivat kyllä elää näillä rahoilla, mutteivat leveästi. Internetistä tulee perusinfrastruktuuria. Sitä aletaan pitämään yhtä itsestäänselvänä kuin nykyistä puhelinverkkoa, jonka käyttöön melkein kaikilla on länsimaissa varaa. Tämän vuoksi Ruotsin valtion ajatus tukea tätä kehitystä taloudellisesti ei ole huono: tämä kuuluu juuri niihin peruspalveluihin, joita länsimaisesta yhteiskunnasta tulisi olla. Toki tähän päästään myös yrityksiä käyttämällä ja vapaalla kilpailulla, mutta Ruotsin malli tuo palvelut nopeammin myös yhteiskunnan vähemmän varakkaiden luokkien käyttöön. Näillä näkymin mikään ei voi estää Internetin kasvua.


3. Essee Internetin tulevaisuudesta

Tero Haahtela

Internetin kasvu on asia, josta puhutaan ja jota yritetään mitata mitä erilaisimmilla menetelmillä. Asioista väännetään kättä ja omista kannoista pidetään tiukasti kiinni. Internetin kasvusta puhuttaessa tosin on muistettava, että taru on ollut totuutta ihmeellisempää.

Aiemmin oli yleisesti uskomuksena, että joka kolmannen kuukauden välein verkon käyttäjämäärä kaksinkertaistuu. Tämä pitikin paikkaansa vielä viitisen vuotta sitten, mutta nykyisin kasvuvauhti on jo hidastunut selvästi. Tällä hetkellä käyttäjämäärät eivät enää edes kaksinkertaistu vuoden aikana. Syynä tähän on, että läntisessä maailmassa Internet-buumi on jo toistaiseksi ollut niin valtava, että suuri osa tietokonetta käyttävistä ihmisistä on jo tavalla tai toisella tekemisissä Internetin kanssa. Näin ollen potentiaalista kasvualustaa ei voikaan enää olla jäljellä samalla tavalla kuin aiemmin. Siitä huolimatta absoluuttinen käyttäjämäärä nousee vuosittain enemmän, kuin mitä se on yhtenäkään aikaisempana yksittäisenä vuonna kasvanut.

Hype Internetin räjähdysmäisestä kasvusta ja käyttäjämääristä johtuu osittain tahallisesta vääristelystä. Tämä sama ilmiö on myös huomattu yksittäisten webbisivujen rekisteröimien "hittien" osalta. 1990-luvun lopun kovassa IT-huumassa verkkobisnekselleen rahoitusta hakeneet tahot pyrkivät tietoisesti etsimään sellaisia lähteitä, missä verkon ja verkkokaupan kasvua liioiteltiin suuresti. Pieni osa tästä oli tietämättömyyttä ja terveen järjen puutetta, suurempi osa lienee ahneutta ja yritystä saada rahoittavilta tahoilta resursseja melko uskaliaisiinkin liikeideoihin.

Internetin kokoa ja sen kasvua voidaan mitata mielestäni seuraavilla menetelmillä:

Sarkastisesti voisi todeta, että ainoastaan palvelinten määrä voidaan ilmeisesti jollakin tasolla arvioida oikein. Tosin sekään ei vielä oikeasti kerro mitä noilla palvelimilla tehdään. Operaattoreiden tarjotessa kiinteitä yhteyksiä ja IP-osoitteita kotitalouksille monet ovat laittaneet pystyyn omia "palvelimiaan", jotka eivät oikeastaan tee mitään hyödyllistä. Liikenteen määrääkin on yritetty arvioida, mutta lähteestä riippuen lukujen vaihtelut ovat kymmenkertaisia (eikä lähteissä yleisesti ottaen kerrota mitään peruteluita mittauksille tai arvioinneille).

Käyttäjien määristä on esitetty monenlaisia arvioita. Parhaimmissa arvioissa on päästy jo noin puolen miljardin käyttäjän luokkaan, mutta tässä(kin) kohdassa on vaikeata arvioida lukujen oikeellisuutta. Lasketaanko internetin käyttäjiksi kaikki nekin ihmiset, jotka ovat kerran tai kaksi elämässään kokeilleet surffata verkossa ja jättäneet asian siihen? Sen sijaan www.netsizer.comin mukaan netiin liittyneiden koneiden määrä on ollut kasvussa vuoden ajan. Lähteen mukaan koneita olisi nyt non 123 miljoonaa, ja kasvutrendi näyttäisi olevan suora (hieman alle 30 milj. konetta lisää per vuosi). Tätä voisi kenties pitää Internetiin liittyvistä kvantitatiivisista arvioinneista yhtenä luotettavimmista.

Internetin kavu ei siis enää ole suinkaan niin räjähdysmäistä kuin aiemmin, mutta siitäkin huolimatta sen avulla voi jo tavoittaa satoja miljoonia ihmisiä länsimaissa. Kasvua tapahtuu edelleen vuosittain, mutta uusia pyrähdyksiä on turha odottaa - suurelle osalle maailman ihmisistä puhdas vesi ja sähkö ovat edelleen kaukaisia haaaveita

Palvelun laatu (quality of service) on noussut yhdeksi puheenaiheeksi Internetin ympärillä. Yleisesti ottaen haluttaisiin taata kaikille mahdollisuuksien mukaan riittävästi kaistaa juuri niihin palveluihin, mitä käyttäjä haluaa. Näitä palvelun parametreja voivat olla keskimääräinen viive, viiveen pieni hajonta (vasteajan hajonta), kapasiteetti ja virheettömyys.

Mielestäni QoS:iä alkaa jo vaivata hieman sama ilmiö kuin e-kauppaa ja Ipv6:ta. Puhutaan ja lupaillaan paljon, mutta käytännön toteutuksista Internetin mittakaavassa ei ole mitään takeita vielä lähivuosina. Tässä törmätään useisiin ongelmiin, joista kahtena yleisimpänä voidaan mainita ylimääräisen tiedon lähettäminen (tieto tarvittavasta laadusta) sekä se iänikuinen kysymys siitä, kuka loppujen lopuksi voi päättää, kuinka paljon kaistaa kenellekin jaetaan.

Luennolla käsiteltiin kolmea erilaista toteutusvaihtoehtoa sille, kuinka reitittimet voisivat käsitellä paketteja: FIFO, luokitteluun perustuvat jonot ja RSVP. Näistä ensin mainittu toimii hyvin, mikäli liikennettä ei ole runsaasti, mutta ruuhkaisessa ympäristössä korkean prioriteetin liikenne kärsii huomattavasti. Luokitteluun perustuva jaottelu (kaikki paketit ovat keskenään tasavertaisia, mutta toiset paketit ovat vain toisia paketteja tasavertaisempia ;-) sen sijaan voisi olla hyvin toimiva ratkaisu. Data voitaisiin päästää eteenpäin tärkeysjärjestyksessä (esim. palveluun perustuen), jolloin QoS:n pitäisi periaatteessa parantua. Toistaiseksi hiottavaa olisi vielä skeduloinnissa ja jonojen hallinnassa, jotta nämä vaiheet eivät hidastaisi liikennettä ja täten nakertaisi menetelmällä muuten saavutettavissa olevia etuja. RSVP ei ajatuksena ole huono (yritetään löytää verkon läpi ennalta suhteellisen hyvä reitti ja pitää sitä yllä tietyn ajan), mutta käytännön toteutus voi olla melko hankala, joten en usko tämän Resource Reservation protokollaan menestykseen.

Panostukset tietoturvaan verkossa tulevat jatkossakin olemaan melkoiset. Vaikka Ipv6 tuleekin sisältämään tietoturvaa (IPSEC yms.), se ei pelkästään pysty yksin ratkaisemaan tietoturvauhkia. Tietomurtoja tekevät tahot, olkoonkin että suuri osa heistä on nuoria teinejä, löytävät joka tapauksessa keinot kiertää yksinkertaiset suojaukset. Jo nyt tilanne verkossa on käytännössä mennyt siihen, että jokaisen kiinteästi Internetissä olevan koneen pitäisi olla palomuurin takana, muuten lähes jatkuvasti tulevista hyökkäysyrityksistä jokin onnistuu menemään varmasti läpi.

Palomuurit ja virusskannerit tulevat varmasti jatkossakin olemaan suosittuja. Kuluttajat tulevat valistuneemmiksi, ja haluavat entistä herkemmin suojata oman koneensa ja mahdollisesti arvokkaat tiedostonsa. Toisaalta Internetin käytön kasvu tulee yleisesti lisäämään turvaohjelmien markkinoita. Trendi on ollut tällainen -näin siitäkin huolimatta, että kyseiset järjestelmät (erityisesti virusskannerit) ovat osoittautuneet melko voimattomiksi uusien erityisesti sähköpostin liitetietona lähetettyjen melko yksinkertaisten skriptivirusten levitessä Internetissä kulovalkean tavoin ympäri maailman muutamissa tunneissa.

Teinimurtautujien ja ammattimurtautujien ohella jatkossa erilaiset sosiaaliset intressit omaavat ryhmät voivat pakottaa yrityksiä tekemään entistä suurempia panostuksia tietoturvaan. Yleisenä uhkana tulevaisuudessa pidetään ATTACin kaltaisia järjestöjä, jotka voisivat melko helposti mobilisoida omia jäseniään tekemään tällaisia omasta mielestään oikeutettuja hyökkäyksiä muka haitallisia tahoja vastaan. Erityisesti erilaiset palvelunestohyökkäykset voivat tällöin tulla hyvin kysymykseen, koska itse hyökkäys on melko yksinkertainen toteuttaa, mutta hankalahko torjua.

Unohtaa ei sovi myöskään elektronisen kaupan kasvun vaikutuksia tietoturvan kannalta. Toistaiseksi kuluttajien usko tietoturvaan ja lainsäädäntöön ongelmatilanteissa on ollut hieman epävarma, eikä e-bisnes ole lähtenyt kukoistamaan b-to-c -tyyppisessä vähittäiskaupassa. Tietoturvan osalta tämä asettaa myös entistä enemmän haasteita. Muiden tietoturvatekijöiden ohella eheys ja kiistämättömyys nousevat entistä tärkeämpään asemaan. Lisäksi digitaalisten allekirjoitusten merkitys tulee voimistumaan. EU:n direktiivi 1999/93/EY ottaa nimenomaan kantaa allekirjoituksiin ja sen varmenteisiin sekä allekirjoituksen tarkistamiseen. Toinen direktiivi 2000/31/EY puolestaan määrittää pelisäännöt EU:n sisämarkkinoilla tapahtuvassa e-kaupassa.

IP-puhelut sinänsä eivät välttämättä tule muuttamaan käyttäjiensä elämään niin radikaalisti kuin mitä teknologian muutos voisi antaa ymmärtää. Periaatteessahan kuluttajalle on aivan sama mitä teknologiaa käytetään, kunhan ääni menee perille riittävän hyvänlaatuisena (saa selvää eikä tule hirveitä katkoksia). Esimakua tulevasta VoIP:ista on jo saatu useiden ohjelmien (kaupallisia ja freewarea) toiminnasta. Nämä palvelut käyttävät useimmiten Internetiä toiminnassaan päästä päähän.

Jotkut ohjelmistovalmistajat ja puhelinoperaattorit ovat puolestaan koemielessä mahdollistaneet soitot myös suoraan nykyisiin puhelimiin Internetin välityksellä. Tällöin soittaja voi nykyisin useimmiten ottaa Internetistä käsin kustannuksitta VoIP-yhteyden suurimpaan osaan läntisestä maailmasta. Toisaalta useimmilla teleoperaattoreilla on myös tarjolla perinteisten ulkomaanpuheluiden numeroiden ohella ulkomaan suuntanumeroita, jotka käyttävät VoIP:tä. Tällöin kustannukset ovat halvemmat, vaikka äänen laatu ja puheluiden luotettavuus ovatkin käytännössä perinteisen puhelimen tasolla (oma käyttökokemus, muutaman kerran puheluita ruuhka-aikana Pariisiin ja San Franciscoon).

IP-puhelut (sekä myös jatkossa kuvapuhelut) tulevat varmasti yleistymään ensimmäisenä yritysten sisäverkoissa. Kuluttajapuolelle siirtymä tapahtuu melko pian tämän jälkeen. IP-puhelinten saatavuus on jo nykyisin hyvä, mutta hinnat ovat vielä melko korkeat verrattuna perinteisiin lankapuhelimiin. Tänään saatavilla olevat IP-puhelimet ovat kuitenkin muilta ominaisuuksiltaan yhtä hölmöjä ja vanhanaikaisia kuin nykyiset markkinoilla olevat perinteiset lankapuhelimet. Tulevissa IP-puhelimissa suurinta muutosta kuluttajalle ei todennäköisesti tule tuomaan itse puheen siiirtotapa, vaan ne muut mahdollisuudet, joita laite voi tarjota. Tällaisen teknologian päälle on huomattavan paljon helpompaa rakentaa monipuolisempia palveluita kuin nykyiset puhelinpalvelut mahdollistavat.



This page is maintained by the assistants of tlark , course newsgroup opinnot.tik.tlark
The page has last been updated 6.12.2001.
URL: http://www.tcm.hut.fi/Studies/T-110.300/2001/Homeworks/assignment_8_model.html