Alper Konuralp’in Blog Sitesi

Yerel ağları, birbirine yakın bilgisayarların bağlanmasıyla oluşturulan veri iletim ortamı olarak tanımlamıştık. Değişik topolojilerde görülen bu ağlar giriş bölümünde anlatıldığı gibi, farklı tiplerde olabilir. Bu tiplerden en çok görülenleri FDDI (Fiber Distributed Data Interface), Token Ring ve Ethernet. Aslında bunlar içinde en yaygın olanı Ethernettir. Bu yüzden bu bölümde diğerlerine yer verilmeyecek ve Ethernet ağlar, kullanılan kablo tipleri ve cihazlara varıncaya kadar detaylı bir şekilde anlatılacaktır.

Özelde Ethernet ağları genelde yerel ağlar düşünülürken hiçbir zaman ağın tek bir tipte olacağı farzedilmemelidir. Mesela yerel bir ağda hem Ethernet hem Token Ring birarada olabilir veya Ethernet bir ağda değişik kablolama biçimleri ve uygun cihaz bağlantılarıyla bir arada kullanılabilir.

Ethernet ağlarda bilgisayarın ağ bağlantıları ethernet adaptör denilen ve bilgisayarın içine takılan bir kartla yani ethernet kartıyla sağlanır. Bu kartlar değişik bağlantılar yapılacak şekilde çeşit çeşit üretilirler. Üzerinde, ağın alt yapısında kullanılan kablo tipine göre uygun bağlantı yapılabilecek port bulunan kart alınır ve bilgisayarlara takılır. Bu kartların kullanılan kablo tipine göre ayarları yapılmalıdır. Eski tip kartlarda bu ayarlar kart bilgisayara takılmadan önce kart üzerinde jumper denilen parçalarının uygun yerlere takılmasıyla yapılırdı. Yeni tip kartlarda ise bu ayarlar yazılımla yapılabilmektedir. Bu sayede kartın ayarı değiştirmek istendiğinde bilgisayarın içini açmak zorunda kalınmaz.

Ethernet kendisine has bir adresleme kullanır. Ethernet tasarlanırken dünya üzerinde herhangi bir yerde kullanılan bir Ethernet kartının tüm diğer kartlardan ayrılmasını sağlayan bir mantık izlenmiştir. Ayrıca, kullanıcının ethernet adresinin ne olduğunu düşünmemesi için her ethernet Kartı fabrika çıkışında kendisine has bir adresle piyasaya verilmektedir. Her Ethernet kartının kendisine has numarası olmasını sağlayan tasarım 48 bitlik fiziksel adres yapısıdır. Ethernet kart üreticisi firmalar merkezi bir otoriteden üretecekleri kartlar için belirli büyüklükte numara blokları alır ve üretimlerinde bu numaraları kullanırlar. Böylece başka bir üreticinin kartı ile bir çakışma meydana gelmez. Ethernet adresleri yazılırken 16 tabanlı sayı sistemindeki rakamlar kullanılır ve sayı altı bölüm halinde yazılır, bölümler “:” ile ayrılır. Mesela 8:0:20:0:e:c8 bir ethernet adresidir. Bu adreste görüldüğü üzere 8:0:20 ile adresi başlayan kartlar Sun Microsystems şirketine tarafında üretilen kartlardır. Başka bir şirketin kartı bu adresle başlamayacağı ve Sun şirketi adresin devamındaki 24 bitlik kısımda her karta değişik numara kullandığı için bu numaraya sahip dünya üzerinde tek bir kart olabilir.

Ethernet, teknoloji olarak yayın teknolojisini (broodcast medium) kullanır. Yani bir bilgisayardan ethernet ortamına yollanan bir veri paketi o Ethernet ağındaki tüm bilgisayarlarca görülür. Ancak paketlerin hangi bilgisayara gönderildiğini o ağa bağlı makinalar Ethernet başlığından anlarlar. Her ethernet paketi 14 Octet’lik (Byte’lık) bir başlığa sahiptir. Bu başlıkta kaynak ve varış Ethernet adresi ve bir tip kodu vardır. Dolayısıyla ağ üzerindeki her makina bir paketin kendine ait olup olmadığını bu başlıktaki varış noktası bilgisine bakarak anlar. Tip kodu alanı aynı ağ üzerinde farklı protokollerin kullanılmasını sağlar. Dolayısıyla aynı anda TCP/IP, IPX/SPX gibi protokoller aynı ağ üzerinde çalışabilir. Her protokol başlıktaki tip alanına kendine has numarasını koyar, UNIX makinaların yer aldığı bir ağda önemli iki protokol ARP ve RARP (Adress Resolution Protocol ve Reverse ARP) protokolleridir. Kısaca bunlar Ethernet adreslerinin TCP/IP protokolünce  kullanılan IP adreslerine, IP adreslerininde Ethernet adreslerine çevrilmesini sağlar.

Ethernet üzerindeki makinalar erişim  metodu olarak CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) protokolünü kullanırlar. Bu protokol bus topolojili ağlarda kullanılır. Bu ağ topolojisinde bütün makinalar bir kabloya direk olarak bağlanmıştır. Dolayısıyla herhangi iki makina birbirlerine veri iletimi yapmak için bu kabloyu kullanmak zorundadır. Protokolün çoklu erişim (multiple access (MA) mode) kavramı buradan gelir. Bütün veriler, gönderen makina tarafından paketler haline getirilerek iletilir. Her paketin başlık bölümü vardır. Bu paketler ağ üzerinde yayınlanır. Bütün makinalar yayınlanan paketleri dinler ve paket başlığında varış adresi olarak kendi adresini görürse paketleri alır. Bu tür bir çalışma modunda herhangi iki makinanın aynı anda paket gönderme ihtimali vardır. Bunun olasılığını azaltmak için makinalar paket göndermeden önce elektronik olaraka ağı dinlerler ve ana kabloda iletilen paket olup olmadığına bakarlar. Ancak kabloyu boş gördükleri zaman kendileri paket göndermeye başlarlar. Bu dinleme işlemide protokolün CS (Carrier Sense) kısmıdır. Bütün bunlara rağmen iki makina kablonun boş olduğunu görüp aynı anda paket göndermeye başlayabilir. Bu durumda çarpışma (collision) dediğimiz olay gerçekleşir. Çarpışma durumunu tespit edebilmek için makinalar paketleri kabloya gönderirken aynı zamanda kablo üzerindeki sinyalleri izlerler. Eğer gönderilen sinyaller ile kablo üzerindeki sinyaller farklı ise çarpışma olmuş demektir. Bu çarpışma tespit işlemi de protokolün CD (Colliston Detection) kısmıdır. Diğer paket gönderen makinalarında çarpışmanın farkına varması için sinyaller çarpışmayı tespit eden makina tarafından bir süre daha gönderilir ve daha sonra kesilir. Bu makinalar tekrar paket göndermeye başlamadan önce rastgele tespit edilen bir süre beklerler. Ethernet ağlarda çarpışma performansı düşüren bir olaydır. Çarpışma ihtimali ise ağ üzerindeki makina sayısı arttıkça artar.

2.1 Ethernet Kabloları

2.1.1 İnce ethernet Kablosu

10Base2 olarakta isimlendirilen bu kablo RG-58/V tipinde bir koaksiyel kablodur. İnce ethernet kablolamada bilgisayar bağlantıları ethernet kartlarına T şeklindeki konnektörlerle yapılır. Bunlara BNC konnektör denir. 10Base2 olarak yapılan isimlendirmede 10: veri iletim hızının saniyede 10 Megabit olduğunu, Base: baseband bir sistem olduğunu yani herhangi bir anda kabloda sadece bir sinyalin iletilebileceğini, 2: maksimum kablo boyunun yaklaşık 200 metre olduğunu gösterir.

Bu tür Ethernet kablolamada şu kurallar uygulanır:

a)     Ethernet kartı harici değil dahili transceiver kullanacak şekilde ayarlanmalıdır.

b) Farklı ethernet segmentlerini bağlamak için en fazla 4 tekrarlayıcı kullanılabilir. Dolayısıyla birbirlerine tekrarlayıcılarla bağlanan en fazla 5 segmentli bir ağ oluşturabilir. Bu 5 segmentin sadece 3’üne bilgisayar bağlanabilir, diğer 2 segment mesafe katetmek içindir.

c)  Bir segmentin boyu en fazla 185 metre olabilir ve toplam ağ trunk’u   (sinyalin iletilebileceği maximum kablo boyu) en fazla 925 metredir.

d) Makinaların bağlantıları arasında en az yarım metre mesafe bırakılmalıdır.

e) Bir trunk segmentteki en fazla node (bilgisayar veya tekrarlayıcı gibi cihazlar) sayısı otuzdur.

f)  Trunk segmentlerin her iki tarafı 50 ohm dirençlerde sonlandırılmalıdır.

Şekil 5’de ince ethernet kablodan oluşan bir ağ görülüyor. Bu ağ tekrarlayıcılarla bağlanmış, üç trunk segmentten oluşuyor. Ortadaki segmente bilgisayar bağlı değil, sadece mesafe katetmek için kullanılıyor.

Şekil-5 İnce Ethernet Ağı

2.1.2 Kalın Ethernet Kablosu

Genellikle Ethernet backbone (diğer ağlar arasında bağlantı görevi gören omurga) olarak kullanılan bu kabloda yine koaksiyel bir kablodur. RG-8 veya RG-11 tipinde koaksiyel kablolar olabilir. 10Base5 olarakta bilinir, yani saniyede 10 Megabitlik veri iletim hızlı, baseband ve maksimum 500 metre uzunluğunu destekler. Bilgisayarlar ince ethernette olduğu gibi doğrudan bu kabloya bağlanmaz. Kablo üzerinde transceiver denilen bir cihaz takılır; bir ucu bu cihaza bağlanan bir ara kablonun diğer ucuda bilgisayarın ethernet kartına takılarak bağlantı gerçekleştirilir. Bu ara kablo drop kablosu veya AUI kablosu olarak isimlendirilir. Bu kablonun iki ucunda DIX konnektörler yer alır ve transceiver ile ethernet kartının AUI portuna bağlanır.

Kalın ethernet kablolamanın kuralları şöyledir:

a) Ethernet kartı harici tranceiver kullanılacak şekilde ayarlanır.

b) Drop kablosunun maksimum uzunluğu 50 metredir.

c)  Farklı ethernet segmentlerini bağlamak için en fazla 4 tekrarlayıcı kullanılabilir. Dolayısıyla birbirlerine tekrarlayıcılarla bağlanan en fazla 5 trunk segmentli ağ oluşturulabilir. Bu 5 segmentin sadece 3’üne bilgisayar bağlanabilir, diğer iki segment mesafe katetmek içindir.

d) Bir trunk segment en fazla 500 metre olabilir, dolayısıyla bir ağ trunk’u 2.5 kilometreyi geçemez.

e) Kabloya takılan transceiverler arasında en az 2.5 metre mesafe olmalıdır.

f)  Bir trunk segmentte yer alabilecek en fazla node sayısı 100’dür.

g) Trunk segmentlerin uçları 50 ohm’luk dirençlerle sonlandırılmalıdır.

Şekil 6’daki yapı kalın ethernette oluşturulmuştur.

Şekil-6 Kalın Ethernet Ağı

2.1.3 UTP Kablo

Utp Kablolar ucuzluğu, kullanım kolaylığı ve güzel görünüşüyle son yılların tercih edilen kablo tipidir. 10BaseT olarakta bilinir ve twisted pair kablolardan oluşan yıldız topolojili ağ demektir. Yıldız topolojisinin oluşmasını sağlayan hub adı verilen cihazlardır. Bu cihazların üzerinde genellikle bir tane AUI veya BNC portu veya ikisi birden bulunur. Diğer yanda ise değişen sayıda (4, 8, 12, 16, 24 gibi) UTP portları yer alır. Sadece bilgisayarları UTP kablolarla hub’a bağlayarak yerel bir ağ oluşturmak mümkündür. Genellikle Ethernet ağlarda görülen ise backbone olarak bir kalın ethernet kablosu kullanılır buradan transceiver kullanılarak hub’un AUI portuna bağlantı gerçekleştirilir. Daha sonra hub’tan çıkan UTP kablolar ile bilgisayar bağlantıları gerçekleştirilir.

Hublarda oluşturulan yapı yıldız topolojili gibi görünsede aslında bus topolojilidir. Çünkü hublar bir çeşit tekrarlayıcılardır bir porttan gelen sinyallerin diğer portlara yansımasını sağlarlar. Koaksiyel kablo segmentleri nasıl tekrarlayıcılarla birbirine bağlanıp ağ büyütülebiliyorsa, benzeri bir şekilde hublarda birbirine bağlanabilir. Bu bağlantı UTP kablolarla gerçekleştirilen özel bir bağlantıdır. UTP bir kablonun içinde 8 ince kablo yer alır. Normal bir bağlantıda bu sekiz ince tel her iki uçta aynı olacak şekilde bağlanmalıdır. Crossover denilen özel bağlantıda ise kablo içindeki ince tellerin sırası değiştirilir. Fakat bu tür bağlantılarda genellikle yapılan hub üzerindeki bir anahtar ayarıyla crossover özelliğini sağlamaktır. Bu şekilde yapılan bağlantıyla en fazla 4 hub birbirine bağlanabilir. Bu da koaksiyel kablolardan hatırlanacağı üzere segmentler arası bağlantıda kullanılabilecek maksimum tekrarlayıcı sayısıdır.

UTP kablolamada başka bilinmesi gerekenler RJ45 tipi konnektörler kullanıldığı ve hublardan bilgisayarlara giden UTP kablonun en fazla 100 metre olabileceğidir. Şekil 7’de UTP kablolarda yapılan bir ağ görülüyor. Hub’ın biri AUI portundan koaksiyel kabloya bağlı ve iki hub arasında crossover bağlantı var.

Şekil-7 UTP Kablolama

2.2 Ethernet Ağlarda Kullanılan Cihazlar

Ethernet ağlarda kullanılan cihazlar microtransceiver, transceiver, hub, tekrarlayıcı fanout ve köprüdür.

Micro transceiverler ethernet ağlarda kullanılan kablo tiplerinin birini diğerine çevirmeye yarar. Üzerinde 2 port yer alır ve çeşitli tipleri vardır. Mesela BNC’yi AUI ya veya UTP’yi AUI çevirmek gibi. Kullanım yerine örnek vermek gerekirse mesela UTP kablolama yapılan bir ağa üzerinde sadece AUI portu olan bir cihaz bağlamak isterseniz. Bu durumda microtransceiveri cihazın AUI portuna takıp microtransceiverın diğer portuna da UTP kabloyu bağlayabilirsiniz.

Transceiverlar kalın ethernet kullanılan ağlarda koaksiyel kabloya bağlantı yapmak için kullanılır. Transceiverın kabloya takılan kısmında iğne gibi bir parça kablonun iletken kısmıyla teması sağlar. Bu sayede herhangi bir bağlantı için kablonun tamamen kesilmesi önlenmiş olur. Kabloya direk olarak takılan bu transceiverlar üzerinde genelde 1, 2 veya 4 tane AUI port yer alır. Bu portlardan drop kablolarıyla diğer bağlantılar gerçekleştirilir. Ethernet ağlardaki sorunlarda transceiverlar ilk kontrol edilmesi gereken cihazlardandır. Arızalı bir transceiver bütün bir ağı kullanışsız bir duruma getirebilir.

Fanoutlarda aslında transceiverdır farkı ise ağ bağlantısı kablo üzerine takılarak değil kablo üzerine takılmış bir transceiverdan gelen drop kablosu ile yapılır. Bu açıdan hublara benzer, üzerinde UTP yerine AUI portlar yer alır. Port sayısı değişkendir 2, 4, 8, 16 genelde görülenlerdir. Mesela backbone üzerinde sadece takılı olan tek bir transceivera ulaşabiliyorsak. (Kabloya takılan transceiverlar arasında en az 2.5 metre mesafe bırakılması gerektiğinden veya başka sebepten diğerine ulaşamıyor olabiliriz.) Bu transceiverda fonouta bir bağlantı yaptıktan sonra bilgisayarlar da fanout bağlanabilir.

Hublar UTP kablolamada görüldüğü gibi tekrarlayıcılık yapan cihazlardır. Hublar sayesinde UTP kablolar ile yıldız topoloji bağlantılar yapılabilir. Hubın avantajı, bilgisayar bağlantılarının herhangi birinde sorun olduğu zaman bu sadece o bilgisayarı etkiler, fakat mesela ince ethernetli bir ağda herhangi bir bağlantıda çıkacak sorun tüm ağı kullanışsız duruma getirir.

Tekrarlayıcılar, segmentler arasında bağlantı kurmak için kullanılırlar. Yaptıkları kısaca bir sinyali kuvvetlendirerek diğerine iletmektir. Segmentler tekrarlayıcılarla bağlandığı zaman ağ üzerindeki bilgisayarlar bunun farkına varmaz ve farklı ethernet segmentleri tek bir segment gibi davranır. Farklı segmentlere ihtiyaç duyulmasının sebebi ise kablo boyuna veya kabloya takılabilecek makine sayısına getirilen sınırlamalardır. Tekrarlayıcılar OSI referans modelinde en alttaki fiziksel katmanda çalışır.

Tekrarlayıcılar birçok durumda çok kullanışlı olmasına rağmen bunlardaki en büyük problem segmentler içindeki bilgisayarların kendi aralarında yaptıkları haberleşmelerde sinyallerin diğer segmentlere de iletilmesidir. Bunu önlemek ve segmentlerin kendi iç haberleşmesini diğerlerinden bağımsızlaştırmak amacıyla köprü denilen cihazlar bulunmuştur.

Köprüler görevleri itibariyle tekrarlayıcılara çok benzer segmentleri bağlamak için kullanılır. Fakat tekrarlayıcılardan farklı olarak köprüler segmentlerden gelen paketleri biraz tutar ve hata kontrolü de yaptıktan sonra diğer segmente geçirir. Diğer segmente bütün paketler geçirilmez, sadece o segment için adreslenenler geçirilir. Dolayısıyla segmentlerin kendi içlerindeki trafik diğerlerinden bağımsızlaştırılmış olur. Köprüler OSI referans modelinin ikinci yani veri iletim katmanında çalışırlar.

Köprüler segmentler arasında hangi paketleri geçireceğine bir tablodan bakarak karar verir. Bu tabloda ağ üzerindeki bilgisayarların adresleri (ethernet adresi) ve o bilgisayarın bağlı olduğu segmentin, köprünün hangi portuna bağlandığı bilgisi yer alır. Böylece herhangi bir paket kendisine geldiğinde köprü bunun hangi porttan geldiğine bakar, diyelim ki birinci port, daha sonra tablodan paket üzerinde varış adresi bölümünde yer alan bilgisayarın, hangi portuna bağlı olduğuna bakar. Eğer bu bilgisayarda 1 numaralı porta bağlıysa diğer segmentlere paket gönderilmez, aksi halde gönderilir. Köprüler bu tabloyu kendileri dinamik olarak oluşturur ve zaman zaman değişikliklere karşı güncellerler.

Tabloyu ilk defa oluşturma işi de şu şekilde olur: Köprü bir porttan bir paket aldığı zaman paketin kaynak adresini ve hangi porttan geldiğini tabloya yazar, böylece o bilgisayarın hangi portta olduğunu öğrenir. Daha sonra ise o paketi ilk başta varış adresli bilgisayarın nerede olduğunu bilmediği için diğer bütün portlara bağlı segmentlere iletir. Bu şekilde tablo kısa bir sürede oluşur. Değişiklikleri anlamak için de ne zaman bir bilgisayarda bir paket gelirse o bilgisayarla ilgili tablodaki bilgi için bir kullanım süresi atanır. Eğer bu süre zarfında o bilgisayardan paket gelmezse tablodan o satır silinir. Çünkü bu durumda o bilgisayarın o segmentten ayrılımış olma ihtimali vardır.

Yerel ağlarda, eğer ağ çok büyüdüyse OSI referans modelinin ağ katmanında çalışan ve IP numaralarına göre karar veren yönlendiriciler kullanılabilir. Yönlendiricilerin çalışma şekli için geniş alan ağları bölümüne bakınız.