1. VERİ HABERLEŞME SİSTEMLERİ İŞLEMLERİBu bölümde; genel işaretleşme kavramları, modülasyon teknikleri ve iletim oranlarına genel bir giriş yapılmıştır. Ek olarak, veri haberleşme kodları ve makinelerin birbirlerine iletim yaparken eşzamanlamanın nasıl sağlandığı konularına değinilmiştir. 1.1 Verinin İletilmesi Bilgisayarların, veri haberleşmesinin ve ağların amacı veriyi bilgiye çevirmektir. Veri bir bilgisayarda saklanır ve bir haberleşme sistemi üzerinden ikilik tabanda (0 veye 1’ ler biçiminde) iletilir. Bir bilgisayardaki bitler elektrik işaretinin polarizasyon seviyeleri ile gösterilirler. Bir bilgisayardaki saklama elemanı içindeki yüksek-seviye işareti 1’i ve alçak-seviye işareti 0’ı gösterebilir. Bu elemanlar birlikte dizilerek belirlenmiş kodlara göre sayı ve karakterleri oluştururlar. Veri; haberleşme yolu üzerinden (örneğin telefon hattı) bilgisayar-yönlendirmeli cihazlar arasında elektrik işaretleri ve bit katarları ile iletilir. Bu elektrik işaretleri ve bit katarları harf ve karakterleri belirtir. Bazı durumlarda, veri ışık işaretleri ile gösterilir (fiber optik hatlarda). Bit dizileri kullanıcı verisini ve kontrol verisini tanımlar. Kontrol verisi, haberleşme ağını ve kullanıcı verisi akışını yönetmek için kullanılır. Şekil 1-1’de, verinin gönderici cihazdan çıkışı, haberleşme ortamından geçişi ve alıcı cihaza gelişi görülmektedir. İkilik veri kodu, terminaller ve çıkışlarda on tabanına çevrilirek gösterilir. Saniye başına bit (bit/sn) terimi iletim hızını belirtmek üzere kullanılır. Bu terim haberleşme yolu veya parçası üzerinden saniyede iletilen bit sayısını verir. Örneğin 2400 bit/sn’lik bir hat, bir sayı veya karakteri belirtmek için 8-bit’lik kodlar kullanıyorsa, saniyede iletilen karakter sayısı 300 (2400 / 8) olur. Haberleşme hızı genelde bit/sn oranı ile verilir. 1.1.1 İletim karakteristikleri Veri haberleşmesini anlamak için, elektriğin iletim karakteristikleri hakkında genel bir bilgiye sahip olunmalıdır. Hat kapasitesi, hata kontrol teknikleri, haberleşme yazılımı, ve diğer pek çok ağ bileşeni elektriğin yapabildikleri ve sınırlamaları çerçevesinde analiz edilir ve tasarlanır. Şekil 1-1’den de görüldüğü gibi veri, haberleşme kanalı üzerinden elektrik işaretinin değişimleri ile iletilir. Bu değişimler 1 ve 0’ları gösterir. Elektrik işaretinin konumu kendini ya bir işaret seviyesi ya da bir başka kompleks elektrik işareti şeklinde gösterir. Bir işaretin iletim yolu üzerindeki hareketine işaret yayılması denir. Bir kablo yolu üzerinde, işaret yayılması elektrik akımı şeklindedir. Bilgisayar siteleri arasındaki radyo transmisyonu ise, havada elektromanyetik dalga olarak yayılan elektrik işaretlerinin algılanması ile başarılır.
Şekil 1-1 Verinin İletilmesi Haberleşme kanalındaki birçok işaret Şekil 1-1 ve Şekil 1-2(a)’da görüldüğü gibi salınım yapan dalga şekilleri içerir. Bilgisayar verilerinin taşınmasını sağlamak için salınım yapan işaretlerin üç parametresi değiştirilebilir (genlik, frekans, faz). Genlik veya gerilim kablo üzerine düşen elektrik yükü miktarı ile belirlenir. Şekil 1-1’den bu gerilimin ikilik konumlara (1 veya 0) bağlı olarak yüksek veya düşük olduğu durumlar görülmektedir. Elektriğin bir diğer karakteristiği watt birimi ile ölçülen güçtür. İşaret gücü, işaretin bir kablolu haberleşme devresinde gidebileceği veya yayılabileceği mesafeyi belirler. Baud terimi de veri haberleşmesinde sıkça kullanılır. Bu terim hat üzerindeki işaretin değişme oranını tanımlar. Bunu işaret hızı olarak da açıklayabiliriz. Örnek olarak, Şekil 1-1’deki gönderici cihaz bitleri ikili gruplar halinde toplamakta (00,01,10,11) ve bunlardan her bir grup için farklı genliklerde salınım yapan dalga şekilleri elde etmektedir. Bu örnekte, bit transfer oranı baud’un (ya da işaret değişme oranının) iki katıdır. Günümüzde kullanılan modemler her bir baud için 8-bit oranlarına kadar çıkarak daha büyük bir işaret transfer kapasitesine ulaşırlar. Şekil 1-1’de görülen işleme modülasyon denir. Bu terim veri katarının haberleşme yolu için değiştirilmesi veya modüle edilmesi anlamındadır. İşaret aynı zamanda frekansından, başka bir deyişle belli bir zaman aralığında yaptığı tam salınım sayısından tanınır. Frekans saniye başına yapılan salınım sayısı ile ölçülür. Elektrik endüstrisinin tanımladığı 1 Hz birimi, saniyede bir salınım demektir. Şekil 1-2 Salınım Yapan İşaret Frekansı tanımlamak için kullanılan bir başka terim birim saniyedeki çevrim sayısıdır (cps: cycles per second). Dalganın frekansının, genliği ile ilgisi yoktur. İşaretler genlik ve frekansın değişik kombinasyonlarına sahip olabilirler. Genlik işaret seviyesini ve negatif veya pozitif gerilim değerini belirtirken frekans, işaret salınım oranını (Hz birimi ile) belirtir. İşaretin fazı, işaretin çevrimine ne kadar ileriden başladığını tanımlar. Şekil 1-2(b)’de işaretin fazı; başlangıç (0°), ¼ çevrim (90°), ½ çevrim (180°), ¾ çevrim (270°) ve tam çevrim (360°) noktalarında gösterilmektedir. Dalga, şekilde görüldüğü üzere, sinüs dalgasında veya bir çemberde olduğu gibi dereceler ile de etiketlenebilir. Sinüs dalgası denmesinin sebebi, dalganın trigonometrik sinüs fonksiyonunda olduğu gibi değişim göstermesindendir. Sinüs dalgası, çembersel hareketten üretilmiştir. Elektrik işaretlerinin trigonometri kullanılarak tanımlanması mühendisler için çok değerlidir. Bir yoldaki veri işaretinin bilgi oranı kısmi olarak işaretin genlik,
frekans (veya frekanslar) ve fazına bağlıdır. Şekil 1-1’den görüldüğü gibi
bilgi oranı (bit/sn), işaretin hangi sıklıkta durum değiştirdiğine bağlıdır.
İşaretin genlik, frekans ve fazındaki değişiklikler hat üzerinde bir durum
değişimi oluştururlar. Bu değişim 0’ı 1’e veya 1’i 0’a çevirir. İkilik 1’ler
ve 0’lar, hat üzerinde bilgisayarlar arası akan, kullanıcı veri
mesajlarındaki karakter ve harfleri temsil etmek üzere kodlanırlar. Yukarıda bahsedilen işarete analog işaret denir çünkü sürekli yani ayrık olmayan bir karakteristik gösterir. Bu şekildeki bir iletim, bilgisayarlarda kullanılan ayrık ikilik sayıların iletimi için tasarlanmamıştır. Geniş bir kullanım alanına sahip olmasının nedeni, ilk zamanlarda veri haberleşme ağları geliştirilirken analog kolaylıklar sağlayan telefon sisteminin halihazırda mevcut olmasıdır. Telefon hattı, analog bir doğası olan sesi taşımak için tasarlanmıştır. İnsan sesi analog dalga şeklinde çıkar. İşaretler hava basıncının değişmesi ile salınım yapan örneklerdir. Bu mekanik titreşimler telefon mikrofonu tarafından hissedilir ve elektriksel gerilim örneklerine çevrilir. Analog ses işareti ve dönüştürüldüğü elektriksel işaret tek bir frekansta değildir. Daha doğrusu ses ve onun telefon hattındaki elektriksel karşılığı, birçok farklı frekanstaki dalga şekillerini içerir. Bu frekansların belirli bileşimleri sesi ve sesin perdesini tayin eder. Doğadaki bir çok olay farklı frekansların bileşimi ile meydana gelir. Örneğin; gökkuşağındaki renkler farklı ışık dalgası frekanslarından; müzik sesleri yüksek veya alçak perdelerin oluşturduğu farklı akustik frekanslardan oluşur. Bu olaylar frekans bandları veya aralıkları içerirler. İnsan kulağı 40 Hz ile 18000 Hz arası sesleri algılayabilir. Telefon sistemi bu frekans bandının tümünü iletmez. Tam aralık, ses işaretini alıcıda oluşturmak için gerekli değildir. Ekonomik nedenlerden dolayı telefon hatlarında 300 Hz ile 3300 Hz bandı iletilir (tam aralık biraz daha fazladır). Bu nedenle telefonla yaptığımız konuşmalarda sesimiz doğal halinden farklıdır. 1.1.3 Band genişliği Bir haberleşme hattının taşıyabildiği frekans aralığı, hattın band genişliği olarak tanımlanır. Band genişliği veri haberleşmesi için çok önemli bir etkendir çünkü haberleşme hattının kapasitesini (bit/sn), hattın band genişliği belirler. Eğer telefon kanalının band genişliği 3 kHz ’den (300-3300 Hz) 20 kHz ’e çıkarılsaydı, kanal sesin tüm karakteristiğini taşıyacaktı. Bu, aynı zamanda iletilen verinin doğruluğunu arttırır. Daha büyük band genişliği kullanılarak daha iyi bir veri iletim oranı sağlanacağı açıktır. Band genişliğinin etkileri Shanonon, Fourier ve Nyquist gibi bilim adamları tarafından saptanmıştır. Fourier, periyodik işaretlerin sinüzoidal fonksiyonların toplamı biçiminde elde edilebileceğini göstermiştir. Periyodik olmayan fonksiyonlar da bazı koşullar altında bu şekilde elde edilebilir. Böylece elde edilen toplama Fourier serisi denir (daha detaylı bilgi için Bkz. Haberleşme Teorisi, Prof. Metin YÜCEL, Yıldız Üniversitesi Yayınları). Şekil 1-3’te hattın durumu saniyede 2000 kez değişmektedir; başka bir söyleyişle işaret değişme oranı 2000 baud’tur. 500 Hz ile sınırlı bir band genişliği işaretin doğru olarak algılanması için yeterli olmaz. Band genişliği büyüdükçe sayısal seviyeler daha doğru bir biçimde ortaya çıkacaktır. Daha büyük band genişliği, daha yüksek hat kapasitesi demektir. Bu durum, Tablo 1-1’in incelenmesi ile anlaşılabilir. Elektromanyetik frekans spektrumu aralıkları göreceli olarak sınırlıdır. Bu aralık, ses frekans bandından başlar, X-ışını veya kozmik ışık bandına kadar sürer. Yüksek frekansların önemi, ses frekans spektrumu ve mikrodalga veya koaksiyel kablo iletim ortamları incelenerek anlaşılabilir. 1 kHz ve 10 kHz arası band genişliği 9 kHz’dir ki bu hemen hemen 3 kHz’de ses taşıyan hatların 3 katıdır. 10 MHz ile 100 MHz arası (HF ve VHF spektrumu) band genişliği 90 MHz’dir ki bu da teorik olarak ses-sınıfı hattın 30000 katına eşdeğerdir. Bu küçük örnek, haberleşme endüstrisinin daha büyük band genişliği kapasitesi için niye yüksek radyo frekanslarını kullanan teknolojilere yöneldiğini göstermektedir.
Şekil 1-3 Band Genişliğinin Etkisi Tablo 1-1 Frekans Spektrumu
1.1.4 Periyot ve dalga boyu Bir çevrim için gereken süreye periyot denir. Örneğin, 2400 Hz’deki bir
işaret, 0.000416 sn’lik bir çevrim periyoduna sahiptir (1 sn / 2400 =
0.000416 sn). Periyot (T), 1/F olarak hesaplanır ki burada F frekanstır
(Hz). WL : Dalga boyu İşaretin dalga boyu ağ cihazı seçiminde, protokol tasarımında ve cevap-zamanı analizinde çok önemlidir. 1.1.5 Diğer dalga şekilleri Çok yaygın olan diğer bir yaklaşım da ikilik değerleri simetrik kare dalga kullanarak iletmektir (Şekil 1-4). Kare dalga pozitif polarizasyondan negatif polarizasyona anlık sürede geçen bir gerilimi gösterir. Kare dalga, sayısal veri iletimi için mükemmel bir şekildir, çünkü ikilik durumlar olan 1 ve 0’ları, pozitif ve negatif değerler ile gösterebilir.
Şekil 1-4 Kare Dalga 1.1.6 DC işaretler Bir çok haberleşme sistemi analog (AC) iletim kullanmaz. Doğru-akım (DC) iletim, daha basit bir yaklaşımdır. DC işaretler, yalnızca ayrık 1’ler ve 0’ları gösterebilen simetrik kare dalgaya benzerler. Ancak DC iletici, salınım yapan dalga şekli yerine, açık-kapalı elektrik enerjisi darbelerini kullanır. Ek olarak, DC işaret olduğu gibi iletilir, üzerine başka işaret veya frekans bindirilmez (modüle edilmez). Bir AC işaret, başka frekanslar tarafından taşınmak üzere (yeterlilik, hız ve iletim mesafesi etkenleri yüzünden) yeniden şekillendirilir. Bu işaret şekillendirilmesi modülasyon olarak anılır. Bir çok sistem sınırlı bir mesafede çalıştığı için daha güçlü ve daha pahalı olan AC iletime ihtiyaç duymaz, bunun yerine DC işaretleşmeyi kullanır. Sinüzoidal dalga şekli, simetrik kare dalga gibi, uzak mesafe veri haberleşme hatları için gerekli iletim tipidir. Sayısal bit katarları hem DC hem de AC işaretlerle taşınabildiği halde, uzak mesafe iletiminde AC işaretler kullanılır. Telgraf, DC işaretleşme için iyi bir örnektir. Telgraf cihazının düğmesi bir anahtardır ve operatör tarafından basılınca devreyi kapayarak hattın gönderici ucuna bir gerilim düşürür. Gerilim, hat üzerinde bir akım oluşturur ve alıcıda darbe olarak algılanır. Alıcı, akım darbesini kısa, duyulabilir bir tona çevirir. İlk sistemlerde iletilen akım, alıcı tarafta pille beslenen bir elektromıknatısla aktif edilmekteydi. Elektromıknatıs gelen işarete göre anahtarı çeker veya iterdi (devreyi kapar veya açardı). Bu yapıda çalışan bir anahtarlama cihazına röle denir. Anahtarın mekanik hareketi ile, duyulabilir tıklamalar üretilirdi ve bu tıklamalar bir kod deseni oluştururdu. Anahtarın basılma süresi meşhur Morse Kodu’nun nokta ve çizgilerini belirlerdi. 1.1.7 İletim sığası, hız ve gecikme Bir haberleşme sisteminin iletim sığası (kapasitesi) bit/sn olarak gösterilir. Bilgisayar üzerinde çalışan kullanıcı uygulamaları için cevap süresi ve veri akışı, sistemin sığasına bağlıdır. Örneğin; 4800 bit/sn’lik hat, 2400 bit/sn’lik hattın iki katı sığaya sahiptir. Bu da arttırılmış bir akış ve daha kısa bir cevap-süresi sağlar. Bunu söyledikten sonra ‘neden hattaki işaret durumunu (baud) daha hızlı değiştiren bir iletici tasarlanmıyor?’ diye düşünülebilir. Belirli sınırlar dahilinde bu gerçekten başarılabilir. Ancak haberleşme sistemlerinde kısıtlamalar vardır ve bunlar iletim oranlarına sınırlarlar. Telefon ağı ses taşımak için üretilmiştir ve düşük band genişlikli işaretlerle çalışır. Yeterli ses kalitesi 3 kHz’lik bir frekans spektrumu gerektirir. Ses-sınıfı devrelerin frekans spektrumu, yüksek bit/sn oranlarının iletimini gerçekleştiremez. Band genişliği, işaret gücü ve iletken üzerindeki gürültü, iletim sığasını sınırlayan etkenlerdir. Gerçekten de arttırılmış bir işaret gücü hat sığasını arttırır ve aynı zamanda daha uzak mesafelere işaret yayılımı yapılabilmesini sağlar. Ancak aşırı güç, sistemdeki parçalara zarar verebilir ve/veya ekonomik olarak karşılanamayabilir. Hattaki gürültü problemi hattın tabiatında olan ve ortadan kaldırılamayan bir problemdir. Gürültü (Termal, Gaussian, beyaz veya arka plan gürültüsü), elektronların iletken üzerindeki sabit, rasgele hareketlerinden meydana gelir ve kanal sığasına bir sınırlama getirir. Telefon hatlarında işittiğimiz ıslığa benzer ses böyle bir gürültüdür. Tüm elektrik iletkenleri birer gürültü kaynağıdır. Gürültü gücü, band genişliğe ile doğru orantılıdır, yani band genişliğini arttırmak ek gürültüye yol açacaktır. Eklenen gürültüyü azaltmak için süzme olarak bilinen bir elektronik teknik kullanılır. Haberleşmenin temel kanunlarından biri Shannon Kanunu’dur. Shannon bir iletim yolunun sığasını aşağıdaki formülle göstermiştir: C = W log2 (1+S/N) (1-2) C = bit/sn olarak maksimum sığa, W = Band genişliği, Bir kanal üzerinden gönderilebilecek maksimum bilgi miktarı ‘kanal sığası’ olarak adlandırılır. Formül incelendiğinde W’yi arttırmanın, işaret gücünü arttırmanın veya gürültü seviyelerini düşürmenin müsaade edilen bit/sn oranını arttıracağı görülebilmektedir. 1000’e 1 S/N oranı olan bir ses-sınıfı hattın müsaade edebileceği maksimum sığa 25900 bit/sn’dir. Shannon kanunu ile bulunan teorik limit, pratikte daha düşüktür. İletimde oluşan hatalar nedeniyle Shannon kanunu tam sınırları ile kullanılamaz. Örneğin; 25900 bit/sn oranı o kadar küçük bir zaman ister ki (1 sn/25900 = 0,00004 bit zamanı) hattaki ufak bir kusur bile bitlerin bozulmasına neden olabilir. İşaret konumunun kendi başına 1 bitten fazlasını göstermesi sağlanarak, yani baud değeri arttırılarak Shannon kanununun zorlamaları hafifletilebilir. S/N oranını yükseltmek için kullanılan bir yöntem, hatta daha çok işaret yükselticisi koymaktır. İşaret hatta ilerlerken, yükselticiler tarafından periyodik olarak güçlendirilir. Hat boyunca gürültü sabit olduğundan, yükselticiler işaret gücünün belli bir seviyenin altına düşmemesini sağlayacak yeterli aralıklarla yerleştirilmelidir. Ancak yükselticilerin sık aralıklarla yerleştirilmesi S/N oranını arttırırken, aynı zamanda oldukça masraflı olur. Dikkat edilmesi gereken bir nokta da, yükselticilerin dikkatli bir biçimde tasarlanarak işaretle birlikte yükseltilen gürültü oranının en düşük seviyede tutulmasını sağlamaktır. Tablo 1-2 İletim Gereksinimleri
Sayısal iletim tekniği kullanılarak bir devrenin gerçekten de 25.9 kbit/sn oranından çok daha büyük işaret oranlarını taşıyabilmesi sağlanabilmektedir. Ancak sayısal iletim daha büyük band genişliği ve daha sık aralıklar ile sayısal tekrarlayıcıların (analog yükselticinin sayısal eşdeğeri) kullanılmasını gerektirir. Sayısal iletim için yüksek bir S/N oranı gerekmez çünkü Shannon kanunundan görüldüğü gibi, göreceli olarak, band genişliğindeki küçük bir artma, S/N oranındaki çok daha büyük bir azalma ile karşılanabilir. Günümüzde, farklı hat hızlarını destekleyen, geniş bir fiyat yelpazesine
sahip ürün seçeneklerinin sayısı hızla artmaktadır. Seçim, kaçınılmaz olarak
kullanıcı ihtiyacı ve bu ihtiyacın karşılanması için gereken maliyete göre
yapılır. Tablo 1-2’de, bazı bulunabilir iletim hız aralıkları ve
bunları kullanan tipik kullanıcı uygulamaları görülmektedir. Görüldüğü gibi
çok geniş bir seçenek aralığı mevcuttur, ve kbit/sn mertebelerindeki
iletim oranları birçok iletim tipi için uygun olmamaktadır. "130,000 mil/sn iletim hızı yeterli midir?" Unutulmamalıdır ki teorik olarak Birleşik Devletler’deki 3000 millik bir hat üzerinden, işaret hedefine 0.023 sn’de (3000 mil/130,000 mil/sn = 0.023 sn) varmaktadır (Hatırlayalım ki, ara parçalar ek bir gecikmeye sebep vermektedir). Bu soru şöyle yanıtlanabilir: İletim hızının yeterliliği kullanıcının ihtiyacına ve kullanıcının uygulamasına bağlıdır. Örneğin, 0.023 sn’lik gecikme, insan operatörler arasındaki bir mesaj transferi için yeterli olurken, iki bilgisayarın dağılmış veri tabanında multiprosess yaptığı bir çevrede yetersizdir. 23 msn’lik bir bekleme süresi bilgisayar işlemcisinin ciddi veri tabanı eşzamanlama problemleri ile karşılaşmasına sebep olmaktadır. 1.2 Eşzamansız ve Eşzamanlı İletim Şekil 1-5’te basit bir iletim süreci gösterilmiştir. İletilen bitler birbirlerini tam olarak eşit zaman aralıkları ile izlemektedirler ve alıcı taraftaki algılama ve zamanlama mekanizmaları ile ölçülmektedirler. Başla biti, veri karakterinin önünde gelir ve alıcı tarafa verinin yolda olduğunu belirtir (başla bitinin algılanması). Başla biti gelmeden önce yol veya hat ‘boştur’ denir ve bir başla biti gelene kadar hat boş konumunda kalır. Boş konumda kaldığı sürece, hat akım çeker. Bu seviyeden düşük işaret seviyesine geçiş; alıcı cihazdaki örnekleme, sayma ve veri biti katarı alıcısı (bit sayıcısı) mekanizmalarını başlatır. Veri bitleri akım varsa mark (ikilik 1), akım yoksa space (ikilik 0) olarak algılanır. Kullanıcı veri bitleri, register veya tampon (buffer) gibi geçici bir saklama alanına aktarılır. Daha sonra da bu bitler işlenmek üzere bilgisayara veya terminale aktarılır. Dur biti, bir yada daha fazla mark işaretinden oluşur ve alıcı tarafa (eski cihazlarda) sıradaki karakter için mekanizmasını hazırlayacak bir zaman aralığı sağlar. Dur bitinden sonra işaret boş seviyesine geçer ve sıradaki karakterin 1-0 geçişi ile başlamasını garanti eder. Eğer önden gelen karakter hep 0’lardan oluşursa ve dur biti, gerilim yüksek veya boş seviyeye alınarak gösterilmezse, başla biti algılayıcısı şaşıracaktır.
Şekil 1-5 Eşzamansız iletim süreci Alıcı ve verici arasında sürekli bir eşzamanlama olmadığı için bu haberleşmeye eşzamansız iletim denmektedir. Bu iletim veri karakterinin, ön bir zamanlama işaretine bakılmaksızın, herhangi bir anda iletilebilmesini sağlamaktadır. Zamanlama işareti veri işaretinin bir parçasıdır. Eşzamansız iletim genelde yazıcılarda ve düşük hızlı bilgisayar terminallerinde kullanılır. Birçok kişisel bilgisayar eşzamansız iletimi kullanır. Eşzamansız iletimin avantajı basit olmasıdır. Şekil 1-6 Bit Örnekleme Saat cihazı bir veri haberleşme sisteminin en önemli unsurlarından biridir. Kullanılma amacı, hat üzerinde önceden tanımlanmış işaret seviyelerinin varlığını veya yokluğunu sürekli olarak incelemek ve örneklemektir. Ayrıca tüm iç parçaların eşzamanlamasını sağlamaktadır. Saatin hızı, bir saniyede ürettiği darbe sayısı ile belirlenir. Şunu da not edelim ki saat, sistemi oluşturan diğer elemanlara da bağlanarak tüm elemanların tutarlı bir biçimde zamanlamasını sağlar. Gerçekte, örnekleyici saat haberleşme hattını gelen veriden daha hızlı bir oranda örnekleme işlemini gerçekleştirir. Örneğin; veri 2400 bit/sn’de gelirken zamanlama mekanizması belki de saniyede 19,200 kere (gelen işaretin 8 katı) örnek almaktadır. Daha sık örnek almak, alıcının 1-0 ve 0-1 geçişlerini daha erken algılamasını sağlar. Bu sayede alıcı ve verici cihaz daha yakın bir eşzamanlılıkta tutulmaktadır. Örnekleme hızının önemi Şekil 1-6’da açıkça görülebilmektedir. 2400 bit/sn hızındaki bir hatta bit zamanı 416 msn olur. Saniyede yalnızca 2400 örnek alınırsa bitin başlangıcında ve sonunda bitten örnek alınabilir. Her iki durumda da bit algılanmaktadır. Ancak, bir işaretin hafifçe değişmesi ve hat üzerinde daha kısa veya daha uzun bir süre bulunması muhtemeldir. Yavaş bir örnekleme oranı hat üzerindeki durum değişimini doğru zamanda örnekleyemez ve işaret sürüklendikçe, bitler alıcı istasyondan doğru olarak alınamaz. Şekil 1-7 Eşzamanlı iletim süreci (Kısa mesafelerde çalışan devrelerde) Daha etkin bit yöntem olan eşzamanlı iletimde, alıcı ve verici istasyonlarda ayrı zamanlama işaretleri vardır. Şekil 1-7’de eşzamanlı iletim şeması görülmektedir. Bu yöntemle veri, kontrol bitleri arasına yerleştirilmektedir. Bu bitlere genelde bayrak (flag) denir. Bunlar alıcıya mesajın geldiğini haber verirler. Kısa mesafeli devrelerde cihazlar arası zamanlama işaretlerini sağlamak üzere ayrı bir kanal kullanılabilir. Eşzamansız iletimde olduğu gibi, alıcı cihaz bayrak bitlerini arar, ancak yerel olarak zamanlama işareti üreterek, gelen işareti ne zaman ve ne sıklıkta örnekleyeceğine karar verir. Zamanlama işareti, alıcıdaki ve vericideki zamanlama cihazlarının eşzamanlamasını sağlar. Cihazlar arasında eşzamanlama bir kez sağlandı mı artık cihazlar bu konumda kalırlar. Saatler biraz kayabilir, fakat sıradan osilatör saatleri 1/100,000 çözünürlükte çalışırlar. Yani bu osilatörler 100,000 sn süresinde 1 sn şaşırmaktadırlar. Böylece saniyede 2500 kez örnekleme yapan bir osilatör belirli saniyeler boyunca eşzamanlı kalmaktadır. Eşzamanlama için kullanılan bir başka yöntem de, özel kodlar ile periyodik aralıklarla eşzamanlamayı yeniden sağlamaktır. Bu kodlara zamanlama kodları denir. Alıcı, bayrağı kullanıcı verisinden ayırabilmelidir. Üreticiler bu işareti, farklı bit katarları kullanarak belirtirler. Yaygın bir yaklaşım bir bayrağı göstermek için 8 bitlik 01111110 değerini kullanmaktır. 1.3 Temel Terimler ve Kavramlar 1.3.1 Çerçeveler, başlıklar ve kodlar Elektrik işaretleri ve bit katarları hat üzerinden çerçeveler biçiminde iletilirler (Bkz. Şekil 1-8). Çerçeve, kullanıcı verisi, kontrol verisi veya her ikisinin birden bulunduğu mantıksal bir birimdir. Bir çerçeve genelde aşağıdaki alanları içerir: · Kullanıcı verisi: Bir ya da daha çok alanı kapsar. Kullanıcı verisi, bir
terminal operatörü tarafından tuş takımı ile veya bir bilgisayar programının
çıkışı ile oluşturulur. Bit katarları, karakterleri özel kod kümelerine dayanarak belirtirler. Günümüzde birçok kod çeşidi mevcuttur. Veri haberleşmesinde kullanılan eski kodlar telgraf iletimi için tasarlanmıştır. Örneğin; Morse kodunda noktalar ve çizgiler vardır ve belirli dizilişlerle karakterleri, sayıları ve özel karakterleri belirlerler. Nokta ve çizgiler, telgraf operatörünün ileticinin düğmesine basma süresine göre oluşur.
Şekil 1-8 Eşzamanlı iletimde kullanılan tipik çerçeve formatı 1970’lerin başlarında, endüstri tarafından bir çok 5-bitlik kod geliştirildi. Modern sistemlerde kullanılmamasına rağmen Baudot kodu bugün dahi kullanılan bu 5-bitlik kodlardan biridir. Bir çok kod Morse ve Baudot kodlarından türetilmiştir. Bugün en yaygın kullanıma sahip kodlar EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) ve ASCII (American National Standart Code for Information Interchange) kodlarıdır. EBCDIC, IBM mimarisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. EBCDIC, 8-bit ikilik bir koddur. Böylece kod kümesinde maksimum 256 karakter bulunabilir. ASCII, veri haberleşmesinde en yaygın kullanılan koddur (Şekil 1-9). Bu kod, 7-bit artı hata-algılama amacı ile eklenmiş bir bitten (toplam 8-bit) oluşur. Kod ilk kez 1963’te geliştirilmiş ve standart olmuştur. Şekil 1-9 ASCII Kodu Şekil 1-9’da görüldüğü gibi, bazı 7-bit yapıları birden fazla karakteri göstermektedir. Bazı kodlar haberleşme sistemlerinde kullanılan kontrol işaretlerini gösterir. Haberleşme sistemlerinde farklı kodların kullanımının, uyumsuzluklar yaratacağı açıktır. Bu nedenle farklı kodlara sahip haberleşme cihazlarının birbirleriyle haberleşebilmeleri için kod çevirme paketleri geliştirilmiştir. 1.3.2 Haberleşme oturumları Bir ağdaki iki parça arasındaki haberleşme akışına oturum denir. Oturum çeşitli şekillerde olabilir. Örneğin, bir oturum, terminalleri aracılığı ile ağdaki iki operatör arasında, bilgisayarlar arasında, iki yazılım programı arasında veya ağ kontrol programları arasında olabilir. Elbette ki başka oturum şekilleri de mevcuttur. Şekli ne olursa olsun, oturumlar son kullanıcıya hizmet etmek için kurulur. Örneğin bu hizmet, bir terminal operatörü veya uygulama programı için verilebilir. Oturumlar çerçeve başlıklarındaki bilgileri (veya başka parametreleri) kullanırlar. Örneğin; A sitesindeki bir terminal operatörünün yaptığı veri tabanı gönderme isteği mesajında bir başlık bulunmalıdır. Bu başlıkta; B sitesindeki bir adres, veri tabanının yeri veya veri tipi gibi tanımlayıcı bazı bilgileri bulunur. Çerçeve ağ üzerinde giderken, başlığı incelenir ve uygun kaynaklar anlaşılır. Böylece bu kaynaklar servis isteğine tahsis edilir. Günümüzde ileri ağlar, kaynakları sağlamak için haberleşme mantığını katmanlara ayırırlar. 1.3.3 Hat karakteristikleri İletim yolu veya hattı, kullanıcılar arası veri alışverişi için gerekli ortamı sağlar. Alışveriş; oturumun kurulmasını, kullanıcı mesajlarının alışverişini ve oturumun sonlandırmasını içerir. Hattın elektriksel özelliklerine ek olarak, diğer karakteristikler de başarıma ve haberleşme sisteminin tasarımına önemli şekilde etki ederler. Bu başlık altında bir haberleşme kanalının aşağıdaki karakteristikleri incelenecektir: · Uçtan-uca ve çok-uçlu (multi-drop) yapılar 1.3.3.1 Uçtan-uca ve çok-uçlu yapılar Uçtan-uca bir hat iki istasyonu birbirine bağlar (Şekil 1-10a). Çok-uçlu bir hat üzerinde ise ikiden fazla istasyon vardır (Şekil 1-10b). Bu yapılardan birinin seçilmesi çeşitli etkenlere bağlıdır. İlk olarak, uzun süre gerekli olan bir kullanıcı-kullanıcı oturumu gerekli ise, belki de yalnızca uçtan-uca düzenlemesi uygun bir seçim olabilir. İkinci olarak, iki kullanıcı arasındaki trafik hacmi, diğer istasyonların hattı kullanımına engel olacak ölçüdeyse yine uçtan-uca bir yapı uygun bir seçim olacaktır. Bazı bilgisayar-bilgisayar oturumları ancak uçtan-uca hatla gerçekleştirilebilir. Üçüncü olarak, iki kullanıcı belki de prosese katılacak maksimum sayıdır. Çok-uçlu düzenlemeler genelde düşük-hızlı terminallerin birbirleri ile veya bir bilgisayar ile haberleştiği durumlarda kullanılırlar. Hat, en yüksek verimi elde etmek amacıyla istasyonlar tarafından paylaşımlı olarak kullanılabilir. Çok-uçlu hatlar, uçtan-uca hatlara göre daha özel kontrollere ihtiyaç duyarlar. Çok-uçlu yoldaki istasyonlar hattın tahsisi ve paylaşımı için denetlenmelidir. Oturumların oluşturulmasına dahili olarak izin verilebilmeli ve daha önemli oturumlara öncelik tanınabilmelidir. Veri bağlantı kontrolleri (data link controls), bu oturumlardaki mesaj akışını kontrol etmekte kullanılır. 1.3.3.2 Simplex, half-duplex ve duplex düzenlemeler Bu terimler sık sık birden çok yoruma uğramaktadırlar. Genelde hat üzerinde akan mesaj trafiği konusunda referans terimler olarak kullanılırlar. Daha az yaygın yorum ise iletime katılan fiziksel yolların sayısı ile ilgili olduklarıdır. Aşağıda iki bakış açısı da incelenecektir. 1.3.3.3 Trafik akışı Simplex iletim, çerçevelerin yolda ancak bir yönde hareket edebilmelerini sağlamaktadır. Alıcı mesaj gönderemez ve gönderici mesaj alamaz. Radyo yayınları simplex iletime bir örnektir. Simplex düzeni çeşitli uygulamalarda kullanılır. Örneğin, çevresel süzme ve örnekleme sistemleri genelde simplex yapıyı kullanırlar. Burada su veya havadan örneklenen veri, tek yönde ilerleyerek, analizinin yapılacağı bilgisayara gider. Yarı-duplex iletim verinin hat üzerinde iki yönde de hareket edebilmesini sağlar ancak iletim bir kerede yalnızca bir yönde olur. İnsan tarafından işletilen tuş takımlı bilgisayarlar genelde bu yaklaşımı kullanırlar. Terminal ve diğer istasyon, hattı dönüşümlü kullanırlar; gönderici istasyon bir başka mesaj göndermek için cevap bekler. Duplex iletim (full-duplex de denmektedir) istasyonlar arasında iki yönlü, eşzamanlı iletime olanak sağlar. Çok-uçlu hatlar sıklıkla bu yöntemi kullanırlar. Örneğin, A istasyonu, trafiğini merkez bilgisayara yönlendirmişken, merkez bilgisayar aynı anda trafiğini B istasyonuna yönlendirebilir. Duplex iletim, oturumlarda iç-izine olanak sağlar ve kullanıcı verisinin birçok istasyon arasında akmasına müsaade eder. 1.3.3.4 Fiziksel yol Fiziksel hatlar bazen yarı-duplex ve duplex devreler olarak tanımlanır. Şekil 1-10(c)’de yarı-duplex yapı görülmektedir. Bu yapıda iki adet iletken bulunmaktadır ancak yalnızca bir tanesi mesaj alışverişi için kullanılmaktadır. İkinci iletken devreyi tamamlamak üzere varolan bir dönüş kanalıdır veya bir topraktır. Bu devreye iki-tel devresi demek daha doğrudur. Şekil 1-10(d)’de ise bir duplex devre görülmektedir. Bu durumda dört iletken; iki adet iletim yolu ve iki adet dönüş kanalı sağlamaktadır. Bu devreye de dört-tel devresi demek daha doğru olacaktır. Dikkat edilmelidir ki iki-tel devresinde devre üzerindeki trafik akışı mutlaka yarı-duplex olacaktır denilemez.
Şekil 1-10 Hat yapıları 1.3.3.5 Anahtarlamalı ve kiralık hatlar Telefon ağı anahtarlamalı hatların kullanımına verilebilecek en güzel örnektir. Anahtarlamalı hatlarda iki site arasındaki çağrı süresince geçici bir bağlantı kurulur. Aynı siteler arası daha sonraki bir çağrı, telefon sisteminin farklı devre ve cihazlarını kullanabilir. Kiralık hat ise iki site arasında kurulan kalıcı bir bağlantıdır. Haberleşme yolunu oluşturmak için çevirmeli bir bağlantı kurmayı gerektirmez. Anahtarlamalı ve kiralık hatların avantajları ve dezavantajları aşağıdaki gibidir: · Anahtarlamalı hat, bir çağrıyı tamamlamak ve bağlantıyı sağlamak için
birkaç saniyeye ihtiyaç duyar. Çevirme gecikmesinin kabul edilemeyeceği
durumlarda kullanıcı kiralık hat kullanmak zorunda kalır. Kiralık ve anahtarlamalı hat seçimi, bir organizasyon için dikkat edilecek çok önemli bir unsurdur. Kiralık veya anahtarlamalı hat kullanmak için mantıklı bir karar vermeden önce önkoşul; trafik hacmi, akış başarımı, tepe yükler, cevap süresi gibi parametrelerin analizini yapmaktır. 1.3.4 Telefon ağının kullanımı Şekil 1-11 Bir çağrının kurulması Bu bölümde, telefon sisteminin bir çağrıyı nasıl gerçekleştirdiğine dair bir fikir verilmeye çalışılacaktır. Şekil 1-11’de yerel telefon ve santrallerde bulunan bazı parçalar gösterilmiştir. Telefonun ahize yükü ile açık tutulan anahtarları (switch hooks-SH) vardır. Ahize ‘on hook’ konumunda olduğu sürece açık kalan anahtar, telefonun santral ile elektriksel bağlantı kurmasını engeller. Kullanıcı ahizeyi kaldırınca SH anahtarı kapanır. Bu konuma ‘off hook’ denmektedir. Bu konumda, kapalı SH anahtarı santrale DC akım gitmesini sağlar. Bu akım, merkezi santral tarafından algılanır. Bir bilgisayar veya başka bir cihaz da, bir devre aracılığı ile off-hook sağlayarak santrale çağrı gönderebilir. Santralde, gelen bölgesel çevrim hatlarını tarayan bir algılayıcı bulunur. Yaklaşık 100 msn’de bir off-hook durumunu algılamak için bir DC akımın hattan akıp akmadığına bakılır. Merkezi santralde çağrıları kurmak üzere anahtarlar bulunur. Santral bölgesel aboneden gelen DC akım akışını algılayınca S1 anahtarını kapayarak hatta çevir sesi (dial tone) verir ve bu 480 Hz’lik bir işaretin arayan telefona gitmesini sağlar. Abone çevir sesi ile birlikte numarayı çevirmek için uyarılır. Numara, ya kadranlı telefonun kadranı çevrilerek ya da tuş takımlı telefonun tuşlarına basılarak girilir. Bazı telefon devreleri çevirme işlemlerini kendileri de yapabilir. İşaret bölgesel santrale gelir ve çağrı bölgesel geçiş merkezine aktarılır. Çağrıyı telefon sistemi içinde rotalamak için bilgisayarlar kullanılır. Bilgisayar, çevrilmiş numarayı alınca rotalama tablosunu inceleyerek hangi yolun kullanılacağına karar verir. Eğer çağrı ülkenin başka bir bölgesinde ise çağrı uzak geçiş merkezine aktarılacaktır. Çağrı çeşitli geçiş merkezleri seviyelerine kadar rotalanıp, anahtarlanabilir. Çağrı saniyeler içinde alıcının bölgesel santraline varır. Bu santral, uygun bölgesel çevrimin meşgul olup olmadığına bakar. Santral bunu, hatta bir DC akımın varlığına veya yokluğuna göre anlar. Son santral S2 anahtarını kapatarak aranan telefonun zil mekanizmasını harekete geçirir. S2’nin kapanması ile 20 Hz’lik bir işaret telefona gönderilir. Aranan telefon açılıp ‘off hook’ konumuna getirilirse S2 açılarak zil işareti kaldırılır. Bağlantı, S3’ün kapanması ile tamamlanır. Şehirlerarası anahtarlanan bir çağrı tipik olarak 4-9 anahtarlama merkezinden geçmektedir. |
2. VERİ HABERLEŞME AĞLARINA GİRİŞBu bölümde veri haberleşme ağlarındaki temel parçalar anlatılmıştır. Ağ topolojileri, paket anahtarlama, terminaller, front-end işlemcileri, modemler, yayın (broadcast) ağları ve anahtarlamalı ağ temelleri bu bölümde sunulmuştur. Ek olarak bu bölümde LAN ve WAN’ların bir karşılaştırması bulunabilir. Internetworking temelleri ve paket-anahtarlamalı ağlar da bu bölüme eklenmiştir. Bölüm bu parçalara bir giriş niteliği taşımaktadır. 2.1 Ağ Topolojileri Haberleşme ağları kaynakların paylaşımını kolaylaştırmak üzere tasarlanmıştır, ancak haberleşme harcamalarını düşürmek, akışı arttırmak ve servislerin gecikmesinin azaltılması da tasarım parametreleridir. Bu nedenle ağın topolojisi göz önüne alınması gereken önemli bir parametredir. Çeşitli ağ topolojileri vardır. Bu bölümde en çok kullanılan topolojiler açıklanacaktır. Yıldız topolojisi birçok ağda kullanılan bir topolojidir. Şekil 2-1(a)’da da gösterildiği gibi her istasyon bire-bir bağlantı ile merkez siteye bağlanmıştır. Merkez site (hub veya anahtar denir) istasyonlar arası trafiği düzenleme yeteneğine sahiptir. Bu yaklaşımın çekici tarafı; ağa yeni site veya siteler eklense dahi; her sitenin kendine ayrılmış hattı ile haberleşmeye devam edecek olmasıdır. Yıldız topolojisi, PBX’lerde ve mesaj anahtarlama tabanlı ağlarda yaygın olarak kullanılır. Genelde böyle bir ağa bağlanan istasyonlar başlıca haberleşme görevlerini yerine getiremezler. Bu görevleri merkezi hub yürütür. Bu topolojinin dezavantajı, merkezi hub’ın çökmesi durumunda tüm ağın haberleşmesinin de çökmesidir. Şekil 2-1(b)’de gösterilen halka topolojisi yıllardır LAN’larda kullanılmaktadır. Her istasyon, halkaya bağlanmıştır ve halkadaki tüm bilgileri alır. Sonuçta bu ağ bir yayın (broadcast) teknolojisi kullanır. Yani, bir istasyonun yayınladığı bir mesaj, halkadaki tüm istasyonlar tarafından alınır. Her bir istasyon halkadan geçen her mesajda bulunan varış adresi bilgisini inceler. Eğer mesajın varış adresi kendi adresi ile eşleşiyorsa istasyon mesajı alır, aksi takdirde istasyon bu mesajı işleme almaz. Halka genelde tek yönlüdür. Yani, trafik halka çevresinde tek yönlü akar. Ancak günümüzde birçok halka ağı, iki halka kullanmaktadır ve böylece iki yönlü iletim trafiği sağlanabilmektedir. Şekil 2-1(c)’de gösterilen çizgisel topoloji de halka topolojisine benzerdir ve bir yayın ağıdır. Hattaki her bir istasyon, tüm mesajları inceler fakat sadece kendine ait mesajları dikkate alır. Bu tip ağdaki akış trafiği iki yönlüdür. Gönderici-istasyon işaretleri kanala verir ve bu işaretler her iki yönde de yayılırlar. Bu yaklaşımdan dolayı çizgisel topoloji aynı anda birden fazla istasyonun ortama işaret göndermesini engellemelidir, aksi halde işaretler birbirlerine girişeceklerdir. Çizgisel ağda bu biçimde bir iletişim yöntemi kullanılması, birden fazla istasyonun ortama bilgi iletmesi nedeniyle işaretler arası girişim oluşmasına yol açabilir. Bunu önlemek için hattın paylaşımına olanak tanıyan bir iletişim protokolünün geliştirilmesi zorunludur. Ağaç topolojisi de veri haberleşme ağlarında yaygın olarak kullanılan bir yaklaşımdır. İletim ortamının belirli tel veya kablolar ile bölünmesi dışında çizgisel topolojiye benzerdir (Şekil 2-1(d)). Şekil 2-1(e)’de görülen dağınık topoloji fazla düğüm içermeyen bazı
ağlarda kullanılır. Her istasyon, diğer tüm istasyonlar ile bağlantılıdır. Bu
yaklaşım tam-bağlantılılık isteyen sistemler için kullanışlıdır. Çok kısa bir
cevap-zamanı sağlar. Ek olarak, istasyonlar pahalı protokollere ihtiyaç
duymazlar çünkü anahtarlama fonksiyonları gerekmez. Bununla birlikte, dağınık
topolojili ağlar, her yeni istasyonun ağa eklenmesi ile daha pahalı hale
gelirler. Çünkü yeni istasyon ağdaki diğer tüm istasyonlara ayrı ayrı
haberleşme hatları ile bağlanmalıdır. Bu nedenle, bu yaklaşım endüstride
sınırlı kullanıma sahiptir.
Şekil 2-1 Ağ topolojileri 2.2 Ağ Transfer Kapasitesi Makineler arası veri iletiminde, kodları oluşturmak için bit katarları
kullanılır. Veri iletiminin hızı saniye başına bit (bit/sn) ile tanımlanır.
Veri iletimindeki tipik hızlar Tablo 2-1’de görülmektedir. Tablo-2-1 Bağlantı Hızları ve Kullanım Alanları
2.3 Ağ Tipleri Veri iletim ağları veri haberleşme parçaları ihtiva etmektedirler. Bu parçaların belli bir miktarı kaynakların paylaşımı için beraberce çalıştırılırsa bir ağ oluşturulmuş olur. Bu parçalar arasındaki bilgi alışverişi anahtarlar veya bir çeşit iletim trafiği ile ortam üzerinden sağlanmaktadır. Telefon ağları veri ağlarına oldukça benzerdir. Çünkü telefon ağının telefon kullanıcısına servis verdiği biçimde, veri ağı da veri haberleşme kullanıcısına (genelde bu bir bilgisayar kullanıcısı olmaktadır) servis vermektedir. 2.3.1 Anahtarlamalı ağlar ve yayın ağları Ağlar, yayın ağları ve anahtarlamalı ağlar biçiminde sınıflandırılabilir. Yayın ağları birden-çoğa (one-to-many) iletim karakteristiği gösterirler. Bu bir haberleşme cihazı, birden çok cihaza iletim yapmaktadır anlamına gelir. Bu özellik, bir istasyonun birçok alıcıya veri ilettiği radyo ve televizyon yayınlarında görülmektedir. Yayın ağları yaygın olarak bulunabilen ağlardır çünkü makineler kapalı bir çevre içindedirler ve sınırlı sayıda ortam aracılığı ile işareti tüm istasyonlara göndermek göreceli olarak kolaydır. Ek olarak, yayın tekniği uydu iletiminde de oldukça gözdedir. Uydu istasyonu, trafiği (potansiyel olarak) binlerce alıcıya aktarabilir. Yayın ağları ile karşılaştırırsak, anahtarlamalı bir ağ birden-çoğa
ilişkisi ile iletim yapmak üzere tasarlanmamıştır. Her bir veri paketi
fiziksel cihaza (anahtar denir) yollanır ve anahtar veriyi nasıl ileri
yollayacağına karar verir. Bu yaklaşım, anahtarlamalı ağlar yayın
topolojisini kullanamaz demek değildir (ki gerçekte kullanabilir). Ancak,
anahtarlamalı bir ağda trafiği tüm taraflara göndermek ne ekonomik olarak ne
de teknik olarak mümkün olmaktadır. Şimdiye kadar WAN ve LAN’ları tanımlamak ve farklılıklarını göstermek göreceli olarak kolaydı. Bugün bu o kadar kolay değildir çünkü ‘wide area’ ve ‘local area’ terimleri bir zamanlar taşıdıkları anlamları artık taşımıyorlar. Örneğin; 1980’lerde LAN, bir bina ve bir kampüsteki birbirlerine olan uzaklıkları bir kaç yüz veya birkaç bin ayağı geçmeyen parçalardan oluşurdu. Bugün LAN’lar kilometrelerce alan kaplayabiliyorlar. Yine de, bu ağların belli karakteristikleri farklıdır. Bir WAN genelde üçüncü bir kurum tarafından oluşturulur. Örneğin, bir telefon kurumu ve/veya bir servis sağlayıcı kaynakların sahibidir, kaynakları yönetir ve bu servisleri kullanıcılara satar. Karşılaştırırsak, bir LAN genelde kurumun kendisine aittir (birinci elden sahiplidir). Kablolar ve parçalar kurum tarafından alınır ve ağ kurum tarafından yönetilir. Tablo-2-2 Yerel ve geniş alan ağları
LAN ve WAN’lar iletim kapasiteleri açısından da karşılaştırılabilirler. Birçok WAN kbit/sn mertebelerinde çalışır, ancak LAN’lar Mbit/sn mertebelerinde çalışırlar. Bu iki ağı ayıran bir özellikte de hata oranıdır (iletim hattının hataya sebep verme sıklığı). WAN’lar iletim ortamlarının kat etmek zorunda olduğu geniş coğrafi alanlardan dolayı LAN’lardan daha çok hataya yatkındırlar. LAN’lar göreceli olarak selim ortamlarda çalışırlar çünkü veri haberleşme parçaları nem, ısı ve elektriğin kontrol altında olduğu binalar içindedir. 2.4 Ağ Parçaları Şekil 2-2’den de görülebileceği gibi veri haberleşme ağları, bir haberleşme ortamına ihtiyaç duyarlar. Örneğin telefon hattı, kiralanmış bir hat veya bir LAN kanalı bu ortamı oluşturulabilir. Geriye kalan parçalar ise organizasyonun ihtiyacına göre değişir. Mutlaka, bilgisayarlar veri haberleşme ağlarının bir parçasıdırlar çünkü ağın amacı bu makineler arasında veri taşımaktır. Birçok ağ LAN’ları kullanırken aynı zamanda uzak mesafe haberleşme hatlarını da kullanmaktadır. Bugün birçok organizasyon, ağlarına MUX (multiplexer)’lar eklemişlerdir. Bu makineler haberleşme hattını birden çok DTE’nin paylaşmasını sağlar ve böylece, kullanılan hatların sayısını azaltarak büyük tasarruf sağlarlar. Şekil 2-2’de, iki terminal multiplexer yardımı ile host’a giden bir haberleşme hattını paylaşıyorlar. Bu şekil basit bir illüstrasyondur. Bir multiplexer yüzlerce cihazı birden destekleyebilir. Birçok tesisatta sunucular (server’lar) da kurulmuştur. Sunucunun amacı,
iş istasyonlarına fonksiyon desteği sağlamak veya iş istasyonlarının
gerçekleştirecek zekiliğe sahip olmadığı veri tabanı ve yazıcı servislerini
sağlamaktır. & |
||
3. TCP/IP ve INTERNETVeri haberleşme ağları kullanıcıların bilgisayar ve bilgi kaynaklarını ortaklaşa kullanabilmeleri için geliştirilmiştir. Organizasyonlar bilgisayarı ticaretin her yönüne taşıdıkça, açıkça görüldü ki tek bir ağ çok kullanışlı olmasına rağmen, ticaret ve katılımcıların bilgi ihtiyacını karşılamakta yetersiz kalıyordu. Örneğin, bir ağın kullanıcısı sık sık başka bir ağa ait bilgisayar ve veritabanı kaynaklarına ulaşmak ihtiyacında olabilir. Tüm kaynakları bir ağda birleştirmek, fahiş biçimde karışık ve pahalı bir yöntemdir. 3.1 OSI Modeli Intenational Organization for Standardization (ISO)’nun tanımlamış olduğu OSI modeli, bilgisayar ağı iletişimi için büyük problemleri, küçük, daha kolay yönetilebilir parçalara bölerek işlevsel bir tanım verir. Model, ağ ile ilgili tartışmalara bir referans oluşturmaktadır. Şekil 3-1’de OSI modeli görülmektedir. OSI modeli yedi katmandan oluşur. Her katman için belirli sorumluluklar ve servisler tanımlanmıştır. Alıcı ya da göndericideki katman karşısındaki katman ile iletişim kurar. Her katman komşu katmanlardan işlevsel olarak bağımsızdır. Örneğin, ağ katmanındaki bir protokol gerçekleştirimi, diğer katmanların işleyişini değiştirmeden başka bir ağ katmanı gerçekleştirimi ile yer değiştirebilir.
Şekil 3-1 OSI Referans Modeli OSI modelinin katmanları aşağıdaki işlevleri yerine getirir: · Fiziksel bağlantılar (1 ve 2. katmanlar): Bu katmanlar üst katmanlara
(3-7) fiziksel bağlantı sağlarlar ve verinin ağ ortamından
iletilmesinden sorumludurlar. OSI modeli detaylı bir tanımlama ya da protokol olmadığından, veri
iletişim protokollerini tartışırken referans model olarak kullanılabilir.
Veri iletişim protokollerinin amacı farklı birimler üzerinden uygulama
verilerinin taşınmasıdır. Tüm veri iletişim protokollerinde temel amaç budur.
Veri iletişim protokolleri farklı yöntemlerle geliştirilseler bile aynı
işlevi yerine getirmektedirler. Internet’in nasıl çalıştığı RFC’lerde (Request for Comments) belirlenmiştir. Bir, RFC bir Internet standardını veya sadece önerileri, fikirleri veya bir standart için gerekli kuralları içeren bir metin belgesidir. Dokümanlar yayınlanma tarihlerine göre sıraya konulur. Bu yüzden konulara göre bir sıralama söz konusu değildir. Resmi bir standart durumuna sahip 2200 RFC bulunmaktadır. Dokümanlar
Internet’te arşivlenmiştir ve buradan bunları okumak mümkündür 3.3 TCP/IP ve OSI Ağ mimarilerini tartışmaya başlamadan önce şunu bilmeliyiz ki TCP/IP ve ilgili protokollerin kullanımı hızla artmaktadır. Bu arada OSI modeli ile ilgili ilginç gelişmeler olmaktadır. Birçok kişi bazı nedenlerden dolayı TCP/IP’nin daha uygulanabilir bir model olduğunu düşünmektedir. Bu nedenleri şöyle sıralayabiliriz: 1. TCP/IP buradadır ve çalışmaktadır. Yukarıda sayılan nedenlere rağmen, TCP/IP protokol ailesinden OSI modeline geçme fikri orijinal Internet sponsoru US DOD’a (Birleşik Devletler Savunma Departmanı) aittir. Ancak, Internet yaklaşımı şu anda varolan standart ve protokolleri ile duracaktır. Yalnızca gerekirse yeni özellikler yazılacaktır. Son olarak, Internet yaklaşımının daha uzun bir süre üreticisinden bağımsız olacağı söylenebilir. 3.4 Internetworking Mimarisi 3.4.1 Terimler ve kavramlar Internet’te ağlar arası fonksiyonların aktarılmasını sağlayan cihazlara gateway veya router denir. Şekil 3-2’de görülen A, B, C ağları genelde altağ olarak tanımlanır. Bu, alışılagelmiş bir ağdan daha az fonksiyon sağlarlar demek değildir. Daha doğrusu, üç ağ da tam mantıksal ağdır. Altağlar internetworking için yapılan tüm işlemlere katılırlar. Altağlar bir internetwork veya bir interneti yaratırlar. Şekil 3-2 Gateway ve Altağlar Bir internetworking gateway’i son-kullanıcı uygulaması için transparandır. Gerçekte, son-kullanıcı uygulaması ağa bağlı host cihazında yerleşmiştir; nadiren gateway’e yerleştirilmiştir. Bu yaklaşım çeşitli bakış açılarından dolayı çekicidir. Birincisi, gateway kendini veri tabanı erişimi, elektronik posta, ve dosya yönetimi gibi uygulama katmanı protokolleri için yormaya gerek duymaz. Böylece, ağlar arası trafiği yönetmek gibi, diğer görevlerini daha hızlı yapabilir. İkincisi, bu yaklaşım gateway’in her türlü veri uygulamasını desteklemesini sağlar çünkü gateway uygulama mesajını, transparan bir protokol veri biriminden (protocol data unit (PDU)) farklı bir şey olarak görmez. Bazı tasarımcılar, uygulama katmanı transparanlığı yanında, gateway’i altağlara karşı da transparan yapmaya kalkışmışlardır. Bu, gateway’in ne tip bir ağa bağlandığına dikkat etmemesi anlamınadır. Gateway’in ana amacı yeterli miktarda adres bilgisine sahip PDU’yu almak ve onu son varış yerine veya bir sonraki gateway’e iletmektir. Transparanlık çok çekicidir çünkü gateway’i bir şekilde modüler yapar. Gateway farklı tiplerdeki ağlarda kullanılabilir. Şunu önemle belirtmek gerekir ki, bu transparanlık sihirle başarılmamaktadır. Altağ protokolleri ve gateway arasında haberleşmenin mümkün kılınması için yazılıma ihtiyaç duyulur. Bu prosedürler genelde şirketlere özeldir ve standartlar gateway ile altağ arasındaki bu arabirimi tanımlamazlar. Bu sözün dışında kalanlar; IEEE, OSI yayınlarıdır. Ayrıca host ve gateway protokolleri (katmanları) arasındaki prosedürleri tanımlayan Internet servis tanımlamaları da bu sözün dışındadırlar. Internet’in servis tanımlamaları ilerleyen bölümlerde incelenecektir. 3.4.2 Bağlantısız ve bağlantı-yönlendirmeli protokoller Bağlantısız ve bağlantı-yönlendirmeli işlem kavramları her haberleşme protokolünün temelidir ve Internet standartları her ikisini de kullanmaktadır. Bunların özelliklerini tam olarak anlamak bizim için zorunludur. Ana karakteristikleri aşağıdaki gibidir: · Bağlantı-yönlendirmeli işlemler: Kullanıcı ve ağ veri transferine
başlamadan önce aralarında mantıksal bir bağlantı kurarlar. Bu tip bağlantı,
kullanıcı ile ağ arasında başarılı bir veri transferi için kullanılır.
Şekil 3-3 Bağlantı-Oryantasyonlu Ağlar.
Şekil 3-4 Bağlantısız Servis. 3.5 Internet Katmanları TCP/IP ağları üzerinde çalışan yazılımlar ve donanımlar haberleşme aktivitelerini desteklemek üzere geniş bir fonksiyon yelpazesine sahiptirler. Ağ tasarımcıları bu fonksiyonların sayısı ve karışıklığı karşısında muazzam bir görevle karşılaştılar. Bu sorunların çözümü için, bir internetin fonksiyonları katmanlara ayrılmış ve internet katmanlı olarak yapılandırılmıştır. Modern ağlar yedi kavramsal katmana bölünerek tanımlansa da, Internet mimarisi yalnızca dört katmana dayanır. Şekil 3-5’te Internet katman mimarisi gösterilmiştir. Internet’in en alttaki katmanı altağlar ve altağ arabirimlerinden oluşur. Bu altağlar verinin her bir ağın içerisinden gidebilmesine izin verirler. Altağlara örnek olarak WillTel, Transpac, ve bir Ethernet LAN’ı verilebilir. Bu katman bir altağ içermesine rağmen, gerçek uygulamalarda, bir altağ veya gateway ile haberleşen tüm cihazlar için veri bağlantı ve fiziksel katmanların varolması gerekmektedir. Bu nedenle Şekil 3-5 oldukça özettir çünkü bu katman veri bağlantı ve fiziksel katmanları da içermelidir. Daha sonraki şekillerde bu alt katman daha detaylı olarak gösterilecektir. Bunun üstünde internetwork katmanı vardır. Bu katman ağları ve gateway’leri tutarlı bir sistem içerisinde birbirlerine bağlamak için gerekli fonksiyonları sağlar. Bu katman, veriyi kaynaktan varış noktasına taşımakla sorumludur. Internetwork katmanı IP ve ICMP (internet control message protocol (Internet kontrol mesajı protokolü)) protokollerini içeri. Rota bulma ve adres haritalama için kullanılan diğer destek protokolleri de bu katmanda IP ile birliktedirler.
Şekil 3-5 Internet Katmanları Üçüncü katman servis sağlayıcı protokol katmanı olarak bilinir. Bu katman uçtan-uca haberleşmeden sorumludur. Eğer bağlantı-yönlendirmeli ise, güvenirlilik ölçümleri ve bir internet üzerinden akan tüm trafiği açıklayabilen mekanizmalar sağlar. Bu katmanda TCP ve UDP vardır. Son olarak, en üst katman uygulamalar servisi katmanıdır. Bu katman bir son kullanıcı uygulamasına doğrudan arabirimler sağlar. Dosya transferi, uzak terminal erişimi (remote terminal access), remote job execution, elektronik posta vb, gibi fonksiyonlardan sorumludur. Ayrıca bu katman, FTP gibi, geniş kullanım alanı olan belirli protokoller içerir. 3.6 Katman İşlemlerine bir Örnek Şekil 3-6’da, katmanlı protokoller ile altağ ve gateway’lerin ilişkisini gösterilmiştir. Şekil 3-5’de belirtilen katmanlar, endüstride sıkça kullanılan terimleri kullanmak üzere yeniden adlandırıldı. Şekil 3-6 Internet Katman İşlemlerine bir Örnek Bu şekilde, A host’unun B host’undaki bir uygulama katmanı protokolüne bir uygulama PDU’su gönderdiğini düşünelim (bir dosya transfer sisteminde olduğu gibi). Dosya transfer yazılımı çeşitli fonksiyonları gerçekleştirir ve dosya kayıtlarını kullanıcı verisine yollar. Birçok sistemde, B host’unda yapılan işlemler sunucu işlemleri ve A host’unda yapılan işlemler istekçi (client) işlemleri olarak anılır. Şekilde, A host’unun protokol yığınındaki okun yönünden de anlaşılacağı gibi, bu birim uygulama katmanından aktarım katmanına gönderilir. Üst katmandan gelen PDU aktarım katmanınca veri olarak karşılanır. Bu katman çeşitli işlemler yapar ve kendine gelen PDU’ya bir başlık ekler. Bu veri birimine artık segment denir. Daha sonra, aktarım katmanı segment’i IP katmanı da denen ağ katmanına
geçirir. Bu katman da özel servisler sağlar ve segmente kendi başlığını
ekler. Bu birim (Internet terimlerinde datagram denir) alt katmanlara
geçirilir. Burada veri bağlantı katmanı, datagrama kendi başlığını ekler ve
veri birimi (artık çerçeve denir) fiziksel katman aracılığı ile ağa
bırakılır. Tabii ki, B host’u A host’una veri gönderirse süreç ters olur ve
okların yönü değişir. Rotalama kararları alındıktan sonra PDU uygun bir altağa bağlı haberleşme linkine geçer. PDU, veri bağlantı katmanı çerçevesi olacak biçimde yeniden paketlenir ve diğer altağa iletilir. Daha önce olduğu gibi, bu birim altağı transparan olarak geçer ve sonunda varış host’una gelir. Varış host’u B, trafiği alt katmanları ile alır ve A host’unda yapılan işlemlerin tersini yapar; yani uygun katmanlarda başlıkları sökerek paketleri açar. Başlık; katmana yapılması gereken işleri bildirir. Yani başlık katman işlemlerini yönetir. Uygulama katmanında; dosya transfer uygulaması tarafından yaratılan PDU, B host’undaki dosya transfer uygulamasına varır. Eğer A ve B host’ları büyük mainframe bilgisayarları iseler, bu uygulama büyük ihtimalle A host’undakinin tam bir eşidir. Uygulama aldığı başlığa göre çeşitli fonksiyonları yerine getirebilir. Verinin B host’undaki başka bir son-kullanıcı uygulamasına geçirilebileceği ihtimali vardır, fakat çoğu durumda, A host’u yalnızca dosya transferi veya elektronik posta gibi sunucu protokolü servislerinden yararlanmak ister. Eğer durum bu ise B host’unda bir son-kullanıcı uygulamasının çalıştırılmasına gerek yoktur. B host’undaki sunucunun aldığı veriyi, A host’u istekçisine geri döndürmek için, bu sürecin tersi izlenir. Veri, B cihazının katmanlarını, ağı, gateway’i, diğer ağı ve A host’unun katmanlarını geçerek son-kullanıcıya ulaşır. 3.7 TCP/IP Modeli: Daha Yakın bir Bakış Şekil 3-7’de, TCP/IP modelinin mimarisi ve çeşitli temel ilgili protokoller gösterilmiştir. Bu modelin katmanlarının yığınlanma biçimi, ağ kullanıcılarının ihtiyacına ve ağ tasarımcılarının kararlarına bağlıdır. TCP (ve UDP)’nin üzerindeki protokoller uygulama katmanı protokollerine örnektirler ve Şekil 3-5’de gösterildiği gibi uygulama servisi olarak da adlandırılırlar. Daha alttaki iki katman veri bağlantı ve fiziksel katmanları gösterir. Şekilde görüldüğü gibi bu katmanlar için geniş bir standartlar ve protokoller yelpazesi geliştirilmiştir.
Şekil 3-7 IP Ailesi 3.8 Internetworking’in Amacı Şimdiye kadar edinilen bilgilerle, bir ağ yöneticisinin internetworking servislerini sağlarken karşılaştığı çeşitli zorluklar ve sorunlar tartışılabilir. Bu başlık altında bu sorunlara genel olarak değinilecektir. Farklı ağlar farklı uzunlukta PDU’lar kullanırlar. Eğer farklı uzunluklar kullanılırsa, ağlar veya gateway’ler veri birimleri için fragmantasyon (parçalama) sağlamalıdır ve bu yapılırken veri birimlerinin kimliği kaybedilmemelidir. Veri birimlerinin farklı uzunlukları, uçtan-uca temeline dayanan sıra numarası (sequence number) ilişkisinin kurulması gereğini ortadan kaldırmaz. Bir IP gateway’i veri birimlerini parçalayabilir ve alıcı host bilgisayarı bu parçaları, tam bir PDU elde etmek üzere yeniden-birleştirebilir (reassemble). Zamanlayıcılar, timeout’lar ve tekrarlama değerleri altağdan altağa değişebilir. Örneğin, A ağının bir veri birimini ilerlettiğinde onay-bekleme zamanlayıcısını kurduğunu düşünelim. Zamanlayıcı uçtan-uca onayının belirli bir zaman dilimi içerisinde oluşmasını sağlar. Veri birimi B ağına geçer fakat bu ağın uçtan-uca zamanlayıcısı yoktur. Böylece, bir açmazla karşı karşıya kalırız. Veri birimi B ağından geçtikten sonra A ağı alıcı kullanıcıdan onay alabilecek midir? ve ikinci ağ veri birimini gerçekten alabilecek midir? A ağı bu durumda bir güvenlik sorunu oluştuğunu düşünecektir çünkü veri varış yerine ulaşmamış olabilir. TCP/IP uçtan-uca zamanlama desteği sağlar. Ancak fonksiyon, veri birimi altağlardan geçerken çalıştırılmaz, yalnızca host bilgisayarlarında çalıştırılır. Böylece, ağ istediği tipte zamanlayıcı kullanmakta özgür kalır. Altağlar farklı adresleme şemaları kullanabilirler. Örneğin, biri mantıksal isimler kullanırken diğeri fiziksel isimler kullanabilir. Bu durumda, iki altağ arasında adres çözümleme ve haritalama farklılıklar gösterebilir. Aslında, çoğu ağ kendi ağına-özel adresler kullanır. Örneğin, bir SNA adresi kolayca bir DECnet adresine çevrilemez. Neyse ki, Internet çeşitli tiplerdeki adresleri destekleyecek standartları sağlar. Ayrıca, Internet sistemleri, ağ katmanından fiziksel katmana kadar olan adresler için adres haritalama desteği sağlar. Altağlar farklı seviyelerde başarım gösterebilirler. Bir ağ, diğerinden daha yavaş olabilir ve daha az akış sağlayabilir. Internet protokolleri bu meselelerle ilgili belirli bir çözüm sağlamazlar ve kendilerini bu meselelerden sorumlu tutmazlar. Daha önce belirttiğimiz gibi, protokoller farklı tipteki ağlar üzerinde transparan olarak çalışmak üzere tasarlanmışlardır. Tabii ki, ağ yöneticisi bu sorunlarla ilgilenmek zorundadır ve sorunların çözümünde yardımcı olması için bazı Internet yazılımlarını araç olarak kullanabilir. Altağlar farklı rotalama yöntemleri kullanabilirler. Örneğin, biri sabit rotalama dizini kullanırken diğeri adaptif rotalama dizini kullanabilir. İlk durumda ağ mantığı, rotalama dizinini seyrek olarak yeniden düzenler. İkincisinde, yeniden düzenleme mantığı geniştir. TCP/IP ailesi gateway rotalamasını destekleyen birçok protokol içerir fakat intranet-working rotalamasına hiç girmez. Bu nedenle, birçok organizasyon bu protokolleri kendi ağları içerisinde kullanırlar. Altağlar farklı tiplerde kullanıcı arabirimlerine gereksinim duyabilirler. Bir altağ bağlantı-yönlendirmeli, kullanıcı-altağ arabirimi kullanırken bir diğeri bağlantısız, datagram protokolü kullanabilir. Arabirim tipi, hata bulma ve akış kontrolünde söz sahibidir. Altağlar farklı seviyelerde güvenlik gerektirebilirler. Bir ağ enkripsyon (şifre çözümlenmesi) gerektirirken bir diğeri yalnızca temiz-metin iletimini destekleyebilir. TCP/IP güvenlik ile kendisi ilgilenmez ve kullanıcının veri iletimi için bir güvenlik seviyesine karar verebilmesine olanak sağlar. Sorun giderme, teşhis etme ve ağ bakımı, altağdan altağa farklılıklar gösterebilir. Bir altağda meydana gelen sorun, bir başka altağı etkileyebilir ve etkilenen altağ hata analizi ve hata doğrulamasındaki kontrolünü yitirebilir. Ağ yönetim bilgilerinin ağlar arası alışverişi Internet protokolleri tarafından transparan olarak gerçekleştirilir. Internet ağ yönetim standartları, ağ yönetimi için hatırı sayılır destekler sağlar. Açıktır ki internetworking işi basit değildir ve gerçekleştirilmeden önce ciddi analizler ve ön çalışmalar yapılması gerekir. 3.9 Tipik Internet Topolojileri Şekil 3-8(a)’da bir gateway (G ile gösterildi) ile birbirlerine bağlanan iki ağ gösterilmiştir. Ağlar ağ adresleri (ağ ID’si) ile tanınırlar. Şeklin solundaki ağ, 11.4 ağı, diğeri 128.1 ağı (bu numaraları yaratmakta kullanılan şema 5. bölümde anlatılacak) olarak tanınır. Bu şekil için ağ bulutları terimi kullanılabilir çünkü ağların topolojisi ve işlevleri gösterilmemiştir. Daha alttaki şekillerde, ağ topolojileri de belirtilmiştir.
Şekil 3-8 Tipik Internet Topolojileri : (a) Ağ Bulutları ve Gateway’ler (b) Gateway Ağları Bağlıyor (c) Paket Anahtarları veya Gateway olarak davranan Host’lar (d) LAN Gateway’leri (e) LAN’lar arasında Ortak Gateway’ler (f) Bir Internet içerisinde Çoklu Gateway’ler Ağ içerisindeki işlemlerin tartışılmadığı durumlarda Şekil 3-8(a) kullanılır. Ağ içerisindeki işlemler incelenecekse Şekil 3-8’deki diğer ağ gösterilimleri kullanılır. Örneğin Şekil 3-8(b)’de bir paket-anahtarlamalı ağ (11.4 ağı) ve bir Ethernet-tipi LAN (128.1 ağı) topolojisi gösterilmiştir. 11.4 ağında A, B, C, D ile gösterilen kutular paket anahtarlarını sembolize ederler ve bunlar birbirlerine haberleşme linkleri ile bağlanmışlardır. Bunlar aynı zamanda host ve paket anahtarı fonksiyonlarını gerçekleyen bilgisayarlar da olabilirler. Şekil 3-8(b)’deki iki ağ bir gateway ile birbirlerine bağlanmışlardır. Şekil 3-8(c)’de 128.1 ağındaki B host’unun 11.4 ağındaki D paket anahtarı için bir gateway gibi davrandığını görüyoruz. Bir paket anahtarının bir gateway gibi davranması gereken durumlarda, bu düzenleme oldukça yaygındır. Host’un bir gateway olarak kullanılması gereken durumlarda, bu düzenleme pek yaygın değildir çünkü host kullanıcı uygulamalarını ve gateway fonksiyonlarını çalıştıracak kaynaklara sahip olmayabilir. Şekil 3-8(d) LAN yapılarını açıklamak için de kullanılabilir. Bu yapı, bir ofis içerisinde birden fazla LAN birbirlerine bağlanarak kullanıldığında görülür. 128.1 ağı Ethernet topolojisinde ve 128.2 ağı token-ring topolojisinde olan ağlardır. Şekil 3-8(e)’de bir gateway iki Ethernet-tipi ağı birbirlerine bağlamaktadır. Bu yaklaşım da oldukça yaygındır. Dikkat edilirse Şekil 3-8(d) ve 3-8(e)’de ağlar bulutsuz çizilmiştir. Son olarak, Şekil 3-8(f)’de çeşitli ağ bulutlarını görüyoruz. Bir internet kullanıcısı açısından, dış bulut kullanıcının hayali ağını gösterir. Kullanıcısı verisinin, dört ağı (128.1, 11.1, 11.2 ve 128.2) ve üç gateway’i (A, B, ve C) geçerek varış noktasına ulaşabileceği gerçeği kullanıcıyı ilgilendirmez. Tartışmalarımızda tüm internetworking fonksiyonları için gateway terimini kullanmaktayız. Daha sonra bu tanım, genişletilerek gateway, router ve köprüler ek olarak tanıtılacaktır. |
||
4. AĞLAR, KÖPRÜLER, GATEWAY’LER ve ROUTER’LARA GİRİŞTCP/IP hem WAN’larda hem de LAN’larda kullanılmaktadır. Bu bölümde belirli önemli WAN/LAN tiplerini tanımlanmış ve temel işlem karakteristikleri açıklanmıştır. Aynı zamanda ağlar arası trafik yayınında kullanılan rotalama şemalarını incelenmiştir. Köprü, router ve gateway’lere değinilmiştir. Kaynak rotalama ve spanning tree protokolleri ve bunların TCP/IP ile ilişkisine bir giriş yapılmıştır. Bölümde, 10. bölümde derinleştirilecek Internet rotalama ve gateway bulma protokollerine bir giriş yapılmıştır. 5. bölüm ve 7. bölümde derinleştirilecek IP rotalama algoritmasına da değinilmiştir. 4.1 Genel bir Bakış Birçok WAN haberleşme sisteminde, sınırlı sayıda linkler üzerinde bulunan çoklu kullanıcıların trafiğini rotalamak için anahtarlar kullanılır. Ağa bağlı istasyonlar anahtarları kullanarak linkleri paylaşırlar. Anahtar olmasa, her bir ağ diğer istasyonlarla haberleşmek için birçok hatta ihtiyaç duyacaktı. Gerçekten de bir tam-dağınık ağ, birçok hatta ihtiyaç duyar. Birçok istasyon varsa bunu gerçekleştirmenin imkansız olacağı çok açıktır. Anahtarlamalı bir ağ kullanarak linklerin paylaşılmasına alternatif bir yöntem, yalnızca bir linkin kullanıldığı broadcast (yayın) ağıdır. Broadcast ağda, istasyonlar tüm veri birimlerini kopyalar ve belirli bir istasyona adreslenmiş olmayan veri birimlerini atarlar. Yayın protokolleri birçok LAN’da kullanılır. Şekil 4-1’de WAN ve LAN katmanları, yedi-katmanlı OSI Modeli kapsamında gösterilmiştir. Şekilde gösterildiği gibi, WAN’lar OSI modelinin alt üç katmanına, LAN’lar ise alt iki katmanına yerleşirler. Bu, TCP/IP ile ilgilenirken daha üst katmanları dikkate almayız mı demektir? Aslında dikkate alırız çünkü TCP/IP modeli aktarım ve uygulama katmanlarını da kapsar. Şekil 4-1 Yerel ve Geniş Alan Ağların Katmanları Şekil 4-1’in sol tarafında WAN katmanları gösterilmiştir. Yukarıda da belirttiğimiz gibi bu katmanlar, OSI modelinin fiziksel, veri bağlantı ve ağ katmanlarını kapsar. Fiziksel katman genelde analog hatlar için modemler ve sayısal hatlar için DSU’lar içerir. Şekilde görüldüğü gibi, modemler veya DSU’lar bir telefon şirketi (telekom gibi) ortamına bağlanmışlardır. Fiziksel katmanın üzerinde, veri bağlantı katmanı bulunur. Ana fonksiyonu hata algılamayı sağlamak ve hasarlı veriyi yeniden iletmektir. Bugün, birçok üretici link access protocol balanced (LAPB) veya synchronous data link control (SDLC) gibi high-level data link control (HDLC) protokollerini desteklemektedir. HDLC geniş kullanım alanına sahip bir veri bağlantı standardıdır. Ağ katmanı, ağ üzerindeki trafiği anahtarlar ve rotalar. Bunlara ek olarak, X.25 gibi kullanıcı cihazı ile ağ arasındaki arabirim prosedürlerini tanımlayan standartlar da vardır. Şekil 4-1’in sağ tarafında bir LAN’ın katmanları gösterilmiştir. Buradaki fiziksel katman, WAN’daki fiziksel katman ile aynı fonksiyonları gerçekleştirir. Fiziksel katmanın parçaları AUI (attachment unit interface), MAU (medium attachment unit), PMA (physical medium attachment) ve MDI (medium dependent interface) olarak etiketlenmiştir. AUI, birim cihazın fiziksel katmanı ve LAN ortamı arasında bağlantı sağlar. EIA-232-E ve telefon jaklarına (RJ-4S gibi) oldukça benzeyen konnektörlere sahiptir. MAU, PMA ve MDI’ı tam olarak içerir. Ana fonksiyonu DTE’nin LAN ortamına bağlanmasını sağlamak ve veri alışverişi, problem bulma, işlemleri test etme ve işaret kalite kontrolü servislerini sağlamaktır. PMA, MDU’nun fonksiyonlarını destekleyen devreler içerir. MDI; ortam ve PMA arasındaki mekanik ve elektriksel arabirimleri sağlar. MAC (media access control) katmanı, LAN üzerindeki trafiği düzenlemekle sorumludur. LAN ortamının veri iletimi için uygun olup olmadığını kontrol eder. Bazı tip LAN’larda veri çarpışmalarını dedekte eder ve yeniden-iletimin (retransmisyon) gerekli olup olmadığına karar verir. MAC katmanı ortamdan bağımsızdır ama belirli bir protokole (token bus veya token ring gibi) özeldir. LLC (Logical link control) katmanı, LAN ve kullanıcı katmanları arasında arabirim sağlar. LLC çok basit (bağlantısız) veya çok ayrıntılı bir servis (bağlantı-yönlendirmeli) sağlamak üzere şekillendirilebilir. HDLC tabanlıdır. Örneğin, unnumbered information (UI) çerçevesi ile veri bağlantı servisi veya eşzamansız balanslı mod (ABM) çerçevesi ile bağlantı-yönlendirmeli servis sağlamak üzere şekillendirilebilir. LLC’nin nasıl şekillendirileceği, TCP/IP ile birlikte çalışabilmesi açısından oldukça önemlidir. Bir LAN niye ağ katmanı içermez diye merak edebilirsiniz. Gerçekten de bu olağandışı görünür çünkü LAN da bir ağdır. Sebep basittir. Ağ katmanı, OSI modelinde orijinal olarak tanımlandığı gibi, rotalama ve arabirim işlemlerini destekleme servisleri sağlar. Ağ katmanında bulunan rotalama görüşü, çoğu LAN’da bulunmaz çünkü LAN’lar yayın ağlarıdır ve anahtarlama teknikleri gerektirmezler. İkincisi, ağ arabirimleri; kullanıcı ile ağ arasındaki arabirimi tanımlamak ve kullanıcı/ağ bağlantısındaki QOS özelliklerini tartışabilmek üzere tasarlanmıştır. Bu ihtiyaçlar çoğu LAN’da bulunmaz çünkü arabirimler oldukça basittir ve LAN’larda QOS opsiyonları genelde yoktur. Netice olarak, ağ katmanı LAN’larda ya yoktur ya da çok zayıftır. Eğer varsa, genelde basit bir protokolle (IP gibi) yerine getirilir. 4.2 WAN’lar WAN’ların ve LAN’ların katmanlarını anladıktan sonra ilgimizi daha detaylı konulara çevirebiliriz. WAN’lar için kullanılan dört anahtarlama tekniğini anlatacağız. Bunlar devre anahtarlama, mesaj anahtarlama, paket anahtarlama ve hücre anahtarlama (cell relay) teknikleridir. Paket anahtarlamayı daha detaylı anlattık çünkü paket anahtarlama, anahtarlamalı veri ağları ve telefon sistemlerinin kontrol ağlarında kullanılan en yaygın tekniktir. Hücre anahtarlama ise yeni bir tekniktir ancak çoğu kişi en sonunda bunun paket anahtarlamanın yerini alacağını düşünmektedir. 4.2.1 Devre anahtarlama Devre anahtarlama iki parça arasında doğrudan bir bağlantı sağlar. Çoğu telefon ağı devre anahtarlamalı sistemleri kullanır (Bkz. Telefon ağı). 4.2.2 Mesaj anahtarlama Mesaj anahtarlama, 1960 ve 1970’lerde veri haberleşme trafiğini anahtarlamak için kullanılan yaygın bir yöntemdi. Mesaj anahtarı tipik olarak özel bir bilgisayardır. Bu özel bilgisayar bağlandığı terminallerden ve bilgisayarlardan gelen trafiği kabul etmek zorundadır (çevirmeli veya kiralık hatlar aracılığı ile). Bu bilgisayar, mesajın başlığını inceler ve trafiği alıcı istasyona veya bir sonraki istasyona yönlendirir. Mesaj anahtarlama, sakla-ve-ilerlet teknolojisini kullanır; mesajlar geçici olarak anahtarlardaki disk ünitelerinde saklanır. 4.2.3 Paket anahtarlama 1970’lerde endüstri paket anahtarlama denen farklı bir WAN anahtarlama tekniğine yönelmeye başladı. Paket anahtarlama, riski birden fazla anahtara dağıtır, ağın çökme olasılığını azaltır ve hatların mesaj anahtarlamaya göre daha iyi kullanılmasını sağlar. Paket anahtarlama olarak adlandırılmasının nedeni kullanıcı verisinin (örneğin, mesajlar) daha küçük parçalara bölünmesidir. Bu parçalar veya paketler, üstlerinde protokol kontrol bilgisi (PCI) başlıklarını taşırlar ve ağ üzerinde ayrık varlıklar olarak rotalanırlar. Paket anahtarlamalı bir ağ, ağ yükünün çoklu anahtarlama siteleri üzerine dağılmasını sağlayan çoklu anahtarlar içerir (Şekil 4-2’ye bakınız). Anahtarlara ek haberleşme hatları da bağlanmıştır. Bu düzenleme alternatif rotalamaya izin verir. Böylece çökmüş veya meşgul düğümler ve kanallardan kaçınılmış olur. Örnek olarak Şekil 4-2’de, bir paket anahtarı bir mesajın paketlerini birden çok paket anahtarına rotalayabilir. Paket anahtarlama, veri haberleşmesi trafiğinde iyi çalışır çünkü birçok cihazın trafiği parlamalar şeklindedir. Örneğin tuş takımlı terminallerde, veri kanala gönderilir ve terminal kullanıcısı terminale daha başka veriler girene kadar veya bir problem hakkında düşünmek için durduğu sürece kanal boş kalır. Kanalın boş kaldığı süre hat kapasitesini düşürecekti. Bir paket anahtarı bir kanal üzerindeki belli sayıda terminale bağlanarak çoklu iletim yapar. Sonuç olarak paket anahtarlama, hat üzerinde istatistiksel zaman bölmeli çoğullama (STDM) sağlar. Bu yaklaşım, pahalı haberleşme kanalının daha verimli kullanılmasını sağlar. Şekil 4-2’de aynı zamanda bazı TCP/IP protokolleri ile paket anahtarlama parçaları arasındaki ilişkiler gösterilmektedir. Tipik olarak, bir kullanıcı cihazı (host) paket anahtarlamalı ağa, bir kullanıcı/ağ arabirim protokolü ile bağlanır. Bugün endüstride en yaygın kullanılan ağ arabirim protokolü ITU-T’nin X.25 standardıdır. X.25 kullanıcıyı ağa bağlamak için çeşitli arabirim opsiyonları sağlar. Bu opsiyonlar reverse change, çağrı ilerletme ve QOS özelliklerini de içerir. Host’da IP de yerleşmiştir çünkü gateway’ler host bilgisayarının ürettiği IP başlıklarına göre hareket ederler. Ek olarak, host makinesinde TCP konuşlandırılarak iki son kullanıcı cihazı arasında uçtan-uca iletim doğruluğu sağlanır. Ağ içerisinde, paket anahtarları bir üreticinin özel rotalama protokolünü içerebilir veya bazı durumlarda IP bir rehber rota bulma protokolü ile kullanılır. (Hatırlayalım ki IP bir rotalama protokolüdür ancak bir rota bulma protokolü değildir.)
Şekil 4-2 Paket Anahtarlama Bu şekildeki gateway’ler bir internet ortamında IP ile yapılandırılabilirler. Büyük paket ağlarında gateway protokolü olarak genelde X.75 kullanılır. X.75 protokolü, bir gateway protokolü olmasına rağmen, IP’den oldukça farklıdır çünkü bağlantı- yönlendirmelidir. IP, datagramları bir rotalama tablosu (dizini) kullanarak rotalar. Ancak, tabloyu IP oluşturmaz. Tablo rota bulma protokolü (route discovery protocol) tarafından oluşturulur. 4.2.4 Hücre anahtarlama (cell relay) İleride Paket-tabanlı ağların yerini alacağı söylenen hücre anahtarlama, yeni gelişen bir teknolojidir. Hücre anahtarlama paket anahtarlamanın tersine, sabit uzunlukta bir PDU kullanır. Bu PDU’lara hücre denir. Hücre 5-oktet başlıkla birlikte toplam 48-oktetten oluşur. Bu hücre (çok küçük farklılıklar ile) ATM (eşzamansız transfer modu) ve IEEE 802.6 standartlarında kullanılır. SMDS (Anahtarlamalı multimegabit veri servisi) 802.6 standardına dayanır. Hücre anahtarlama, küçük başlıklarının ve kısa etiketlerinin avantajları ile hızlı bir servis sağlar. Hücre anahtarlama teknolojisi hem LAN hem de WAN’lar için uygundur 4.3 LAN Parçaları ve LAN Türleri Bir LAN dört ana parçadan oluşur: · Kanal Günümüzdeki seçkin LAN türleri şunlardır: · CSCD, CSMA/CD ve IEEE 802.2 4.4 Repeater’lar, Köprüler, Router’lar, Brouter’lar ve Gateway’ler Ağlar orijinal olarak birkaç cihazdan oluşan oldukça küçük sistemler olarak tanımlanmışlardır. Veri haberleşme sistemlerine olan ihtiyaç büyüdükçe, ağları kaynakların paylaşımı için birbirine bağlamak gerekti. Bu da ağların fonksiyonlarının dağıtılmasını ve idari kontrolünün sağlanmasını gerektirdi. Ek olarak, bazı LAN’ların kısıtlı mesafe nedenleri ile sık sık başka cihazlar aracılığıyla birbirlerine bağlanmaları ihtiyacı doğmuştur. Bu cihazlara endüstri çeşitli adlar vermiştir. Bu bölümde bunların her birini anlatılıp, tanımlanacaktır. Şekil 4-3 Internetworking İşlemlerinin Yerleşimi Şekil 4-3’te katmanlı bir model kullanılarak bu cihazların yetki sınırları gösterilmiştir. Bir repeater bir LAN üzerindeki ortam parçalarını bağlamak için kullanılır. Repeater’ların hiçbir üst katman fonksiyonu yoktur; ana görevi bir LAN parçası üzerindeki işareti güçlendirerek diğer tarafa aktarmaktır. Yani repeater’in hiçbir internetworking yeteneği yoktur. Köprü (bridge) terimi genelde bir internetworking birimi (IWU) ile ilgilidir. Köprü veri bağlantı katmanında çalışır (çoğu zaman MAC alt katmanında ve bazen de LLC alt katmanında). Tipik olarak adresleme fonksiyonlarını yerine getirmek için MAC fiziksel adreslerini kullanır. Genel bir kural olarak, oldukça düşük fonksiyonlu cihazlardır ve homojen ağları birbirine bağlarlar. Bir router, ağ katmanı adreslerini kullanarak ağ katmanında çalışır (örneğin; IP, X.121, E.164). Genelde köprüden daha yüksek kapasitededir ve kaynak rotalama veya kaynaksız rotalama da içinde olmak üzere akış kontrol mekanizmaları vardır. Gateway; yalnızca rotalama özelliklerine sahip olmayan ancak protokol dönüşümü veya haritalama olanağı (convergence fonksiyonu da denir) sağlayabilen bir cihazı veya yazılımı tanımlar. Örneğin; bir gateway, trafiği naklederken aynı zamanda iki farklı tipteki mail transfer uygulamaları arasında dönüşüm sağlayabilir. Başka bir terim de brouter’dur. Brouter bir köprü ile bir router’ın özelliklerini birleştiren cihazı tanımlar. İlk bakışta bu, fazlalık bir cihaz gibi görünür ancak brouter internetworking ürünlerine güçlü ve esnek bir ektir. Bazı insanlar, bu terimler arasında karışıklıktan kaçınmak için, internetworking birimi (IWU) terimini kullanır. IWU bir router, gateway, köprü veya ağlar arası nakil fonksiyonlarını sağlayan herhangi bir cihazı tanımlayan genel bir terimdir. 4.4.1 Kaynak rotalama ve spanning tree köprüleri Internetworking PDU’larının, datagramlarının veya paketlerinin ağlar
arasında nasıl rotalanacağı da bazen bir karışıklık kaynağı olur. Kaynak
rotalama ve kaynaksız rotalama rotalamada kullanılan iki yöntemdir. Kaynak
rotalamada, gönderici (kaynak) cihaz PDU’nun internet üzerinde hangi yolu
izleyeceğini dikte eder. Kaynak (host) cihaz hop (ara ağlar veya IWU’lar)
adreslerini PDU’ya yerleştirir. Bu yaklaşımda, IWU adres bulma işlemleri
yapmaz. Basit olarak rotalama alanındaki adrese bakarak çerçeveyi nereye
rotalayacağına karar verir.
Şekil 4-4 Kaynak Rotalama Buna karşı kaynaksız rotalamada, hop’lar rotalama kararları almak zorundadır. Bu tip rotalamada PDU’nun rotalama bilgisine dayanılmaz. Spanning tree rotalama, genelde kaynaksız rotalama ve köprülerle birlikte anılır. LAN’larda oldukça yaygın kullanılır. Şekil 4-4’de bir LAN üzerindeki kaynak rotalama gösterilmiştir. Rotalama bilgisi alanı, LAN ağı boyunca uzanan her bir ara hop için LAN ve köprü tanımlayıcılarını gösterir. Köprü doğru LAN ve köprü numaralarını rotalama bilgi alanından okur ve buna göre rotalama kararını verir. Bir örnek olarak köprü 5 (B5) LAN 3’ten çerçeve adresini alsın. Köprü rotalama alanındaki rotalama bilgisine dayanarak çerçeveyi ya LAN 2’ye ya da LAN 6’ya rotalayacaktır. Tekrar görüyoruz ki köprünün çerçevenin nasıl rotalanacağı konusunda hiçbir kontrolü yoktur. Şekil 4-5 Spanning tree köprüsünün parçaları Şekil 4-5’de bir spanning tree köprüsünün işlemleri gösterilmiştir. Köprü işlemcisi, çerçevenin varış adresini inceleyerek bir rotalama kararı alır. Köprü işlemcisi bu adresi, kendi köprüsü ve rotalama bilgisi veri tabanı ile karşılaştırır. Eğer varış adresi kendi rotalama bilgisi veri tabanında bulunuyorsa köprü, çerçevenin yönü konusunda karar verir. Eğer çerçeve geldiği port tarafından istenmiyorsa çerçeve doğru port üzerinden veri tabanında gösterilen adrese ilerletilir. Tersi durumda, çerçeve yok edilir. Eğer çerçevedeki kaynak adresi veri tabanında yoksa; çerçevenin alındığı port ile birlikte bu kaynak adresi veri tabanına eklenir ve bir zamanlayıcı çalıştırılır. Zamanlayıcının amacı ilerletme veri tabanının belli aralıklarla yeniden oluşturulmasını sağlamaktır (update). Örnek olarak, Şekil 4-5’de bir çerçevenin port A tarafından alındığını düşünelim. Bu çerçevenin kaynak adresi 1234’tür. Köprü bu adresin ilerletme veri tabanında olup olmadığına bakar. Eğer yoksa, adres köprü tarafından port A’da bulunabilir notu ile kaydedilir. Daha sonra da 1234 adresli bir çerçevenin port B’ye geldiğini düşünelim. Köprü işlemcisi ilerletme tablosuna bakarak 1234 istasyonunun port A’da olabileceğine karar verir ve çerçeveyi port A’ya bağlı ağa iletir. IP, LAN üzerinde yapılan spanning tree işlemleri ile ilgilenmez. Çünkü IP PDU’su, LAN çerçevesinin I (information) alanındadır. Köprü I alanını işleme almaz ve transparan kabul eder. Netice olarak, köprü yalnızca MAC kaynak ve varış adresleri ile ilgilenir. IP PDU’sunda bulunan hiçbir yüksek seviye adresi spanning tree köprüsü tarafından dikkate alınmaz. Daha sonra da göreceğimiz gibi, bu ağ adresleri WAN boyunca PDU’ları işleyebilmek için gerekecektir. Çünkü çerçeve geniş alan internetine çıkmadan önce, çerçevenin MAC adresleri soyulur. IP ve LAN adreslerinin ilişkileri aşağıdaki gibi özetlenebilir: · Köprüler katman 2’deki MAC adresleri ile rotalama kararları alırlar.
Katman 3’teki IP adresi köprü tarafından işleme alınmaz. |
5. INTERNET’TE İSİMLENDİRME, ADRESLEME ve ROTALAMAVeri ağlarındaki adresler, posta adreslerine ve telefon numaralandırma şemalarına benzerdir. Bugün kullanılan birçok ağ, adresleme yapılarını telefon numaralandırma kavramlarına dayandırmışlardır. Bir isim bir varlığı tanımlar (fiziksel yerinden bağımsız olarak). Bu bir insan, bir uygulama programı veya bir bilgisayar olabilir. Bir adres de aynı zamanda bir tanımlamadır, ancak varlıkla ilgili ek bilgiler içerir. Bu ek bilgiler temel olarak varlığın ağ içerisindeki fiziksel veya mantıksal yeri ile ilgilidir. Bir rota, trafiği bir fiziksel yere (veya adrese) nasıl nakledeceğimiz bilgisidir. Bir ağ, genelde bir ağ kullanıcısının kendisine bir isim vermesine izin verir. Ağ, trafiği bu isimle alır. Bir ağdaki isim sunucusu, alınan varlıkların isimlerine bakarak adresine karar vermekte kullanılır. Bu adres daha sonra rotalama protokolü tarafından kullanılır ve alıcının fiziksel rotası bulunur. Bu yaklaşım sonucu, ağ kullanıcısı diğer kullanıcılar ve ağ kaynaklarının ne fiziksel adresleri ne de fiziksel yerleşimleri ile meşgul olur. Böylece ağ yöneticisi son kullanıcıları etkilemeden ağ kaynaklarının yerlerini değiştirebilir ve ağ kaynaklarını yeniden şekillendirilebilir. Benzer biçimde, kullanıcılar da isimlerini değiştirmeden fiziksel yerlerini değiştirebilirler. Ağ, daha sonra basitçe isimlendirme/rotalama tablolarını kullanıcıların yeni yerine göre değiştirir. 5.1 Üst Katman, Ağ, Veri bağlantı Adresleri ve Fiziksel Adresler Bir veri ağında iki kullanıcının haberleşebilmesi için bir çeşit adresleme şekli gereklidir. Genelde, iki veya üç adres gerekir. Bazı sistemlerde bir fiziksel adres, bir veri bağlantı adresi ve bir ağ adresi kullanılır. Daha yaygın bir yaklaşım, yalnızca fiziksel ve ağ adreslerini kullanmaktır. Bu yaklaşımda, fiziksel ve veri bağlantı adresi aynıdır. Pratik olarak konuşursak, üst katman isimleri ve port numaraları gibi diğer adresler, iki kullanıcı arasında belirli uçtan-uca haberleşme yapılacağında gerekli olur. 5.1.1 Fiziksel adresler Bir haberleşme linkindeki veya ağındaki her bir cihaz (bir bilgisayar veya iş istasyonu gibi) bir fiziksel adres ile tanımlanır. Bu adrese donanım adresi de denir. Birçok üretici fiziksel adresi cihazın içindeki bir lojik board’a veya cihaza doğrudan bağlanabilen bir arabirim ünitesine yerleştirir. Bir haberleşme diyalogunda iki fiziksel adres görev alır; bu adreslerden biri göndericiyi (kaynak) diğeri de alıcıyı (varış) tanımlar. Fiziksel adresin uzunluğu değişir. Çoğu sistem iki 48-bit adres kullanır, fakat başka adres büyüklükleri de kullanılmaktadır. 48-bit adres yapısı Ethernet ve IEEE protokollerinde kullanılır. Bu adrese MAC (Media Access Control) adresi denir. Katmanlı veri haberleşme modeli açısından bakarsak, fiziksel adres, fiziksel veya veri bağlantı katmanlarında kullanılır. Alıcı cihaz, gelen bir PDU’nun varış adresini inceler. Eğer adres cihazın adresi ile aynı ise PDU üst katmanlara iletilir. Eğer adres cihazın adresi ile uyuşmuyorsa PDU atılır. Böylece, alt katmanlardaki adres algılaması verinin gereksiz yere üst katmanlara geçişini önler.
Şekil 5-1 Fiziksel adres algılanması Şekil 5-1’de bir LAN üzerindeki adres algılanması gösterilmiştir. A cihazı kanala bir çerçeve gönderir ve bu çerçeve kanala bağlı tüm istasyonlara (B, C, D istasyonları) yayınlanır. Varış fiziksel adresinin (DPA) C değerinde olduğunu düşünelim. Netice olarak, B ve D istasyonları çerçeveyi dikkate almazlar. C istasyonu ise PDU’yu bir üst katmanına iletir. 5.1.2 Ağ adresleri Bir ağ adresi tanımlamanın kolay yolu; adresin ağı tanımlamasıdır. Ağ adresinin belirli bir parçası aynı zamanda bir bilgisayarı veya terminali betimleyebilir. Ancak, Internet standartları bir IP adresinin neyi tanımlayabileceğine dair sıkı kurallar koymuştur. Bir ağ adresi fiziksel veya veri bağlantı adreslerinden daha yüksek katmandadır. Yüksek katmandaki adresler, daha alt katmandaki adreslerle ilgilenmezler. Böylece, bir ağ veya internette bulunan ağ adresleri ile ilgilenen parçalar, veri fiziksel cihazın bağlı olduğu ağ linkine gelene kadar son varış fiziksel adresleri ile ilgilenmezler. Bu önemli kavram Şekil 5-2’de gösterilmiştir. Farz edelim ki Los Angeles’taki bir kullanıcı (bir host bilgisayarı) bir paket ağına, Londra’da bir LAN’da bulunan iş istasyonuna nakledilmek üzere paketler göndersin. Londra’daki ağın ağ adresi 128.1’dir. Paketler paket ağında ilerleyerek New York’taki paket anahtarına gelirler. New York’taki paket anahtarı, paketi Londra’da bulunan gateway’e rotalar. Bu gateway paketteki varış ağ adresini inceler ve paketi 128.1 ağına rotalamaya karar verir. Daha sonra LAN’ın Londra gateway’i ile bağlantı kurduğu düğüme uygun haberleşme kanalı ile paketler iletilir. 128.1 ağındaki bu düğüm, Şekil 5-2’de B olarak etiketlenmiştir. Şekil 5-2 Ağ seviyesinde adresleme Görüldüğü gibi varış fiziksel adresi bu rotalama işlemlerinde kullanılmamıştır. Paket anahtarı ve gateway yalnızca varış ağ adresi ile ilgilendiler. Fiziksel adresler hala kullanılmamaktadır. Ağ adresleri, son varış makinesini değil trafiği alacak bir sonraki cihazı tanımlamaktadır. 5.1.3 Fiziksel adres ve ağ adresi çözülmesi Lonra’daki LAN, paketi doğru cihaza nasıl iletiyor? Daha önce de söylediğimiz gibi, bir fiziksel adres, bir paketin ağa bağlı tüm cihazların daha üst katmanlarına geçmesini engeller. Böylece, cevap; "son varış ağı (veya gateway) yüksek-katman ağ varış adresini, alçak katman fiziksel varış adresine çevirebilmelidir" olacaktır. Şekil 5-3 Ağ adreslerinin fiziksel adreslere haritalanması Bu görevi açıklayabilmek için Şekil 5-3’e bakacağız. LAN üzerindeki B
düğümü adres çözümleme görevindedir. Farz edelim ki varış ağ adresi 128.1 ve
host adresi 3.2’den oluşsun. Bu adresler birleştirilerek tam bir ağ adresi
elde edilir. Bu da 128.1.3.2 olarak IP PDU’sunun varış adres alanında
bulunur. Host adresi 3.2’nin aynı zamanda fiziksel adres olması akla uygundur, ancak host adresi ve donanım fiziksel adresinin farklı değerlerde tahsis edilmesi daha yaygındır. Örneğin 128.1.3.2 bir IEEE MAC 48-bit fiziksel adresine haritalanabilir. 5.1.4 Üst katman adresleri ve isimleri Fiziksel, veri bağlantı ve ağ katmanı adresleri paketi host cihazı içerisindeki son ‘varış’a iletmekte başarısız kalırlar. Bunun için diğer yüksek-katman adresleri gereklidir. Örneğin; paket elektronik posta veya dosya transfer sistemi gibi özel bir yazılım uygulamasına ait olabilir. İki uygulama da aynı üst katmanda olduğundan dolayı (uygulama katmanı) bir şekilde uygulamayı tanıtarak paketi işleme koymalıyız. Böylece, host cihazı kendisine hangi uygulamanın geldiğini anlamak için ULP isim veya adreslerini kullanır. Üst katman tanıtıcıları çeşitli terimlerle anılırlar. Internet sözleşmesi protokol ID, port ve soket terimlerini kullanır. OSI modeli ise service access point terimini kullanır. 5.2 IP Adres Yapısı TCP/IP ağları host cihazını ve host’un bağlı olduğu ağı 32-bit bir adresle tanımlar. IP adresinin yapısı Şekil 5-4’de gösterilmiştir. Formatı şöyledir: IP adresi = Ağ adresi + Host adresi. Bir IP adresi tek başına host’u tanımlamaz, fakat bir host’u ağa olan bağlantısını tanımlar. Netice olarak, host cihazı başka bir ağa giderse, adres boşluğu değiştirilmelidir. Şekil 5-4 IP adres formatları IP adresleri formatlarına göre sınıflandırılırlar. Dört format mevcuttur. Bunlar A sınıfı, B sınıfı, C sınıfı ve D sınıfı olarak tanınırlar. Şekil 5-4’de de görüldüğü gibi ilk bitler adresin formatını belirler. Tablo 5-1 IP Adres Formatları
A sınıfı bir adres, ağa birçok host bağlanmasına olanak sağlar. Host ID alanı 24 bittir. Böylece 224 host tanımlanabilir. Ağ ID için 7 bit ayrılmıştır, yani 127 ağ tanımlama olanağı olur. B sınıfı adresler orta büyüklükteki ağlar için kullanılır. 14 bit ağ ID’si ve 16 bit host ID’si için kullanılır. C sınıfı adresler ancak 256 host’tan daha azına izin verebilir. C sınıfı adreslerde ağ ID’sine 21 bit ayrılmıştır. Son olarak D sınıfı adresler multicasting (çoklu-yayın) için ayrılmıştır. Multicasting, broadcast’e (yayına) benzerdir ancak belirli sayıda kişiye yayın yapılır. Özetlersek, IP adresi Tablo 5-1’de gösterilen boşluk şekillerini alabilir. A, B, C sınıfı adreslerin sağlayabildiği maksimum ağ ve host adresleri Tablo 5-2’de gösterilmiştir. Tablo 5-2 Maksimum Ağ ve Host Adresleri
Kolaylık olması açısından Internet adresleri ondalık olarak gösterilir. Örneğin, ikilik bir B sınıfı adres 10000000.00000011.00001001.00000001, ondalık olarak 128.3.9.1 olarak gösterilir. Bu adresten ağ ID = 128.3 ve host ID = 9.1 bilgisi okunur. Bu notasyonlar insanlara bir şekilde garip gelebilir ancak bu şema, bilgisayarlarda çok iyi çalışır. 6. bölümde kullanıcı-dostu isimlerin nasıl IP formatına dönüştürüldüğü incelenecektir. Özetlersek, IP adreslerin ondalık notasyon boşlukları Tablo 5-3’deki gibi olur. Tablo 5-3 IP Adres Boşlukları için Odalık Gösterilimler
Internet içerisindeki bazı gateway ve host’ların diğer ağlara çoklu bağlantıları vardır. Bu cihazlar iki yada daha fazla bağlantıya sahiptirler ve multihomed (çok-evli) host’lar olarak anılırlar. Multihomed host’lar her bir fiziksel bağlantıları için ayrı IP adresine sahiptirler. Multihomed host’lar esnek rotalama sağlarlar ancak aynı zamanda trafik yönetiminde sorun çıkarabilirler. Şekil 5-4’de gösterilen adres yapısında ağ veya host ID alanı hep 1’lerle kodlanabilir. Bu kodlama datagramı bir broadcast işareti olarak tanımlar ve datagram böylece tüm ağlara ve ağ üzerindeki tüm host’lara gönderilebilir. Örneğin; 128.2.255.255 adresi 128.2 ağı üzerindeki tüm host’lar demektir. Dikkat etmek gerekir ki bazı TCP/IP yazılımları broadcast opsiyonunu desteklemez. IP adresinin host ID alanı tümüyle 0’larla kodlanabilir. Böylece adres ‘bu host’ olarak tanımlanır. Ağ ID’si de tümüyle 0’larla kodlanarak ‘bu ağ’ olarak tanımlama yapılabilir. Örneğin, 128.2.0.0 bu ağ demektir (128.2 ağı). Eğer bir host kendi IP adresini bilmiyorsa, ağ ID alanını 0’larla kodlar. Ağ ID alanı 0 kodlu bir datagram yollayınca, diğer host’lar bu adresin bu ağa ait olduğunu anlarlar. 5.3 Varış Adresleri ve Rotalama Aşağıdaki alt bölümlerde IP varış rotalaması, rotalama mantığı ve ağlara nasıl çoklu bağlantı yapıldığı konularına değinilmiştir. 5.3.1 Doğrudan ve dolaylı varışlar IP, rotalama mantığında doğrudan ve dolaylı varış kavramlarını kullanır. Bir doğrudan host, ağa veya ağın gateway’ine doğrudan bağlanmış bir cihazdır. Bu arada, bir dolaylı host kaynak host’unun doğrudan bir bağlantı ile ulaşamadığı bir ağ üzerindeki varış host’udur. Böylece datagram, varış host’a postalanmadan önce ara gateway’e gönderilmelidir. Şekil 5-5’de iki tip varış kavramı da görülmektedir. IP, varış host’unun doğrudan veya dolaylı bir host olduğunu anlayıp; rotalama işlemlerini ona göre yapmak için varış IP adresinin yalnızca ağ adresi bölümünü inceler. Burada cihaz varış adresi ile host adresinin ağ ID kısımlarının aynı olup olmadığını karşılaştırır. Eğer varış host’u kaynak host’a dolaylı bağlı ise, yerel IP modülü datagramı ara bir IP modülüne göndermelidir. Bu durumda IP’de bir varış ağları harita seti olmalıdır. Bu haritada ilgili router ve bu router’a giden fiziksel port bilgileri mevcut olmalıdır. Açıktır ki rotalama tablolarının, tam adresleri içermesi gerekmez. Bununla beraber, IP adres yapısının hantal doğası da Şekil 5-5’in incelenmesi ile anlaşılabilir. Dikkat edilirse 8. router’ın 3 IP adresi vardır: 11.0.0.1, 13.0.0.4 ve 10.0.0.1. Üç adresi olmasından dolayı 8. router’a çok-evli (multihomed) bir router’dır denir. Bu adreslerin yönetilebilirliği tartışılamazdır. Ancak bu adresler IP adreslerinin dikkatli bir biçimde yönetilmesi gerektiğini vurguluyorlar. Şekil 5-5 Doğrudan ve Dolaylı varışları Problemin doğuş noktası IP adresinin bir arabirim adresi olmasındandır. Böylece bir cihazın her bir port’u için bir IP adresi gerekir. IP internet’te rota bulurken bir rota bulma protokolüne danışır. Örneğin, 8. router’dan 14.0.0.0 ağına ulaşalım. Router’ın 3. portundan 13.0.0.0 ağına 13.0.0.2 internet adresi ile birlikte gitmeliyiz. Eğer 13.0.0.4 haberleşme link’i çökerse, IP diğer arabirimlerle alternatif rotalar oluşturabileceğini bilmez. Bugün birçok üretici bu probleme iki yaklaşımdan biri ile bakmaktadır. Bazı sistemler rotalama tablolarına ikincil rotalar yerleştirmişlerdir. Bu örnekteki ‘Datagramı Rotala’ sütununa ikinci bir sütun (veya üçüncü de olabilir) açarak; ilk rota çökerse gidilecek alternatif rota tanımlanmıştır. Bu yaklaşım oldukça iyi çalışır, ancak rotalama tabloları karmaşık olur. Diğer sistemler, bir rota çöker çökmez, bir rota bulma süreci başlatırlar. 5.3.2 IP rotalama mantığı Daha önceki bölümlerde bir gateway’in rotalama işlemleri için yalnızca IP adresinin ağ kısmına ihtiyaç duyduğuna değinilmişti. Şekil 5-6’da IP’nin rotalama algoritmasının mantıksal akış diyagramı gösterilmiştir. Her cihaz, varış ağ adreslerini ve özel "sıradaki hop" cihazlarını içeren bir rotalama tablosu oluşturur. Bu tablo üç tip rotalama yapmak için uygundur: · Bölgesel olarak bağlı cihazlara direk rotalama Şekil 5-6 IP Rotalama Algoritması 5.4 Adres Çözümleme Protokolü IP yığınında, adres çözümlemesi yapan protokoller vardır. Adres çözümleme protokolü (ARP) IP adreslerinin fiziksel adreslere dönüştürülmesi sağlar ve bu fiziksel adresleri üst katmanlardan gizler. Genelde ARP, ARP belleği olarak bilinen haritalama tabloları ile çalışır. Tablo, bir IP adres ile bir fiziksel adres arasında haritalama yapılmasını sağlar. Bir LAN’da (Ethernet veya IEEE 802 ağı gibi), ARP hedef IP adresini alır ve haritalama tablosundan bunun karşıladığı hedef fiziksel adresi arar. Eğer ARP adresi bulursa, bulduğu fiziksel adresi; isteği yapan cihaza yollar. Gerekli adres ARP belleğinden bulunamazsa, ARP modülü ağa bir yayın yapar. Yayına ARP request denir. Bu yayın bir IP hedef adresi içerir. Netice olarak yayını alan cihazlardan biri ARP request’teki IP adresinin kendisine ait olduğunu sezerse, isteği yapan host’a bir ARP reply gönderir. Bu çerçeve, sorgulanan host’un fiziksel donanım adresini içerir. İsteği yapan host bu çerçeveyi alınca onu kendi ARP belleğine yerleştirir. Daha sonra, bu belirli IP adresine gönderilecek datagramlar belleğe başvurularak fiziksel adrese dönüştürülebilir. Sonuç olarak ARP sistemi isteği yapan host’un, başka bir host’un fiziksel adresini, onun IP adresi ile bulmasına olanak sağlar. ARP isteği ve cevabı kavramları Şekil 5-7’de gösterilmiştir. A host’u C’nin fiziksel adresini bulmak istemektedir. A bu yüzden B, C, D’ye datagram yayınlar. Bu yayına yalnızca C cevap verir çünkü gelen ARP istek datagramında kendi IP adresinin olduğunu görür. C host’u kendi adresini ARP cevabı formunda bir IP datagramına yerleştirir. Şekil 5-7 ARP İsteği ve Cevabı ARP, IP adreslerini fiziksel adreslere haritalaması yanında, özel donanım tiplerinin tanımlanmasına da izin verir. Böylece sorgulanan host ARP datagramı alınca, datagramdaki bir alana bakarak, cihazın hangi tipte bir donanım kullandığını (bir Ethernet arabirimi veya paket radyo gibi) anlayabilir.
Şekil 5-8 ARP İstek ve Cevap Paketi ARP’nin paket formatı Şekil 5-8’de gösterilmiştir. Bu ARP paketi bir fiziksel katman PDU’su olacak biçimde paketlenir. Örneğin; fiziksel katman PDU’su bir Ethernet çerçevesi olsun. EtherType alanı 803516 (veya 3282110) kurularak bir ARP çerçevesi tanımlanır. EtherType alanı, Şekil 5-8’de ‘fiziksel katman başlığı’ olarak etiketlenmiş alanın bir parçasıdır. Aşağıda ARP paketinin alanlarının kısa bir açıklaması mevcuttur: · Fiziksel katman başlığı: Fiziksel katman paketinin başlığıdır. Request paketinde hedef donanım adresi alanı dışındaki tüm alanlar kullanılır. Reply paketinde ise tüm alanlar kullanılır. Her ARP modülü bir ARP paketi kullanarak belleğini güncelleştirebilir. Modül, gönderici IP adresini ve donanım adresini inceler ve belleğinde olup olmadığına bakar. Böylece trafiği inceleyerek belleğinde olmayan bilgileri ekler. Bu işleme ‘gleening’ denir; fakat tüm üreticiler bunu desteklemez. Bununla birlikte adres çözümlemesi için Proxy ARP ve RARP protokolleri de bulunur. Proxy ARP’de ağ parçaları birbirlerinden gateway aracılığı ile saklanır. Saklayan gateway, sakladığı kısmın bilgilerini istek yapan host’a verir. RARP’de ise host kendi IP adresini bilmez. Yayın yaparak ağdaki cihaza donanım adresini yollar ve ağın RARP sunucusu bu host’a IP adresini bildirir. 5.5 Altağ, Altağ Adresleme ve Adres Maskeleme Internet’te bir adres sık sık birden fazla ağı tanımlamak için kullanılır. Bu yüzden Internet’te altağ (subnet) kavramı gelişmiştir. Gateway tarafından transparan olarak görülen her ağ bir altağdır. Gateway’ler, Internet adresinin yalnızca IP parçasını anlarlar. Örneğin, IP adresinin host parçası gateway’e göre transparandır. Şekil 5-9’da, 1. Gateway’e gelen birimin internet adresi 128.11.1.2’dir. Internet yalnızca gateway adresi 128.11’i bilir. G1 gateway’i 128.11.1.2 adresini, datagramı hangi ağın alacağına bağlı olarak, yerel adres değeri 1.0, 2.0 veya 3.0 olarak çözmelidir. Şekil 5-9’da bir altağ gateway’i olan G2 görülüyor. Bu gateway, adres 3.0’ı altağa bağlı host adresine haritalama ile ilgilidir. Bu örnekte gateway F ve H host’ları için host adresleri kurmak zorundadır. Bu, bir tabloya bakarak 3.0 değerinin 3.n1, 3.n2 ile değiştirilmesi ile mümkündür ki bunlar sırası ile F ve H host’larını tanımlar. Şekil 5-10’da biraz değiştirilmiş bir Internet adresi gösterilmiştir. Tüm olan yerel adresin (ki şimdiye kadar buna host adresi dedik) altağ adresi (bu örnekte 1.0, 2.0, 3.0) ve host adresine (bu örnekte F ve H’ın adresleridir) bölünmesidir. Şekil 5-9’a şöyle bir bakarsak, internetin yalnızca internet adresinin yarısı ile ilgilendiğini görürüz. G1 yalnızca altağ adresi ile, G2 ise artık host adresi dediğimiz adresle ilgilidir. F ve H host’ları hiçbir üst katman adresi ile ilgilenmezler. Bunlar birbirleri ve kendi gateway’leri G2 ile fiziksel adres kullanarak haberleşebilirler. Ancak bir zorunluluk varsa bir ULP adresi kullanarak haberleşirler. Yerel adresin nasıl atanacağı ağ geliştiricisinin seçimine kalmıştır. Akıllı bir tasarımcı numaralandırma ve tanımlamayı iç yerel altağlara uygun bir biçimde yapmaya dikkat eder. Bununla birlikte seçilen değerler değişebilir. Şekil 5-9 Altağ Adresleme Şekil 5-10 Altağ Adres Yapısı 5.5.1 Altağ maskeleri Altağ adreslemesi için altağ maskeleri kullanılır. Bu yüzden IP rotalama algoritması altağ maskelerini desteklemek için yeniden şekillendirilmiştir. Maskenin amacı IP adresinin hangi kısmının altağa, hangi kısmının host’a ait olduğuna karar vermektir. Altağ maskelemesi için kullanılan sözleşmede IP adresine 32-bitlik alan ilave edilir. Maske alanının içeriği aşağıdaki gibi kurulur: · İkilik 1’ler: IP adresinin ağ adresi parçasını tanımlarlar. 5.5.2 Maske örnekleri Tablo 5-4’de bit bit maske anlamları açıklanmıştır. Farz edelim ki maske 255.255.240.0 olarak kodlansın. Tablo 5-4’den, bunun ikilik karşılığını 11111111 11111111 11110000 00000000 olarak bulunur. Böylece IP adresinin daha az anlamlı 12 basamağı bir host adresi için kullanılacaktır. Başka bir örnek olarak maskenin 11111111 11111111 11111111 11100000 biçiminde olduğunu farz edelim. Böylece IP adresinin az anlamlı 5 biti host adresi için kullanılır. Tablo 5-4 Maskedeki İkilik Değerlerin Ondalık Karşılıkları
Bir örnek daha verelim. B sınıfı bir IP adresin 128.1.17.1 ve maskesinin 255.255.240.0 olduğunu düşünelim. Altağ adres değerini bulmak için maske ve varış adresi Şekil 5-11’de görülen AND işleminden geçirilir.
Şekil 5-11 Maskenin AND işleminden geçirilmesi Bu örnekte de görüldüğü gibi, altağ maskesi oktetler boyunca dağılınca, sonuç biraz karışık görünür. Bu durumda, host boşluğunun ondalık adresi 17.1 olmasına rağmen; altağ adresinin doğru değeri 00012 veya 110 olur. Yazılım oktet dizilişi ile ilgilenmez ancak IP datagramındaki varış adresi ile rotalama tablosundaki bir adresin birbirine eşit olup olmadığına bakar. Böylece, rotalama tablosundaki her bir varış ağı ve altağ adresi; 10000000 00000001 0001’den elde edilen ağ ve altağ adresleri ile karşılaştırılır. Eğer bir eşleşme bulunursa, rotalama tablosunun belirttiği yönde bir rotalama yapılır. Tersinde ya datagram yok edilir yada diğer bir düğüme default olarak gönderilir. |
6. DOMAIN NAME SYSTEMInternet adreslerini telefon numaraları gibi doğrudan bilmemiz gerektiğini düşünelim. Bilgisayar ağları büyüdükçe kullanıcıların daha fazla bol rakamlı sayıları akıllarında tutmalarını ya da kaydetmelerini gerekecekti. Bu, istenen ağ kaynaklarına erişimi oldukça sıkıntılı bir hale getirecekti. Neyse ki, TCP/IP protokol ailesinde yer alan DNS bu sıkıntıları aşmamızı sağlar. DNS, IP adresleri ile bu IP adreslerinin konuşma lisanı ile hazırlanmış karşılıklarının tutulduğu bir hizmet protokolüdür. 6.1 Domain Name System mimarisi DNS isimlendirme için hiyerarşik bir mimari kullanır. Şekil 6-1’de DNS yapısı gösterilmiştir. DNS bir kök ve ağaç yapısı ile organize edilmiştir. Bir kök en üst giriştir ve ağacın daha alt seviyelerince ana olarak adlandırılır. Ağaç düğümleri bağlayan dallar içerir. Ağacın aynı düğüm seviyesinde olan her bir düğümün etiketi, tamamen belirli ve ayrık olmalıdır. Şekil 6-1 DNS Hiyerarşisi Hiyerarşik isimlendirme, ağacın kökünden aşağıya doğru ilerlenerek yapılır. Her etikete bağlı isimler seçilip birlikte sıralanarak görülebilir isim şekli elde e |
