Mert Ulupınar - Temel Ağ Kavramları, Ağ Kurma, İnternet Nasıl Çalışır?

Temel Ağ Kavramları, Ağ Kurma, İnternet Nasıl Çalışır?

Ağ (network) kavramı, var olan kaynakların kullanıcılar tarafından beraber kullanılması, bilgiye ortak ulaşmaları ve buna bağlı olarak da maliyet ve zaman tasarrufu sağlanılması gereksiniminden ortaya çıkmıştır. Bu temel kuraldan hareketle oluşan ağlar günümüzde uzaktaki bilgiye erişim (Web), kişisel iletişim (E-mail, ICQ, IRC, Video-konferans), interaktif eğlence (Web-Tv, oyunlar) gibi kavramlarla hayatımızda önemli bir yer kaplamaktadır. Bir ağın oluşabilmesi için minimum iki makineye, bunlara takılı olarak ağ kartlarına ve de bağlantıyı sağlamak içinde kabloya ihtiyaç vardır.
Ağların Gelişimi ve Ağ Teknolojileri

Ana Makine (MainFrame) Modeli:

Ağ kavramı ilk olarak Ana Makine (MainFrame) teknolojisi ile ortaya çıkmıştır. Ana makinenin kendi işlemcisi (CPU), sabit diski (harddisk), ve bunları kumanda etmek için bir ekranı ve klavyesi ve de terminallere bağlı seri portları vardı. Bu aptal terminaller (dumb terminal) sadece ekran ve klavyeden oluşurdu, yani bir deyişle pasif makinelerdi. Terminallerin yerel bir disk alanları da olmadığı için bilgiyi ana makine üzerinde saklarlardı. Tüm yük ana makinenin üzerindeydi ve bu yüzden çok pahalıydı. En büyük dezavantajı tabii ki güvenilir olmaması, yani ana makinede çıkacak bir sorunun tüm sistemi etkilemesi, terminallerin kendi başlarına işlem yapabilme kaabiliyetlerinin olmaması idi. Bu önemli sorun halen çok popüler olan İstemci/Sunucu (Client/Server) modelinin doğmasına yol açtı.

İstemci / Sunucu (Client/ Server) Modeli:

İstemci/Sunucu modeli ile pasif terminaller yerine kendi başlarına işlemler yapabilen ve kendi sabit disklerinde programlar saklayabilen makineler geldi. Böylece her istemci kendi başlarına belirli işlemleri yerine getirebilmekte, yetersiz durumda kaldıklarında ise o işe özelleşmiş olan sunuculara başvurmakta idiler. Örneğin her istemcide ofis uygulamaları, masa üstü yayıncılık, oyun programları kullanılması buna rağmen veri tabanı ya da web gibi uygulamalarda bir sunucuya erişilmesi gibi.

Eşlenik Ağ (Peer to Peer) Modeli:

İstemci/Sunucu modelinin gelişmesi ve yaygınlaşması ile birlikte istemcilerin daha ön plana çıktığı, özelleşmiş sunuculara ihtiyaç duyulmayan ağ örnekleri de ortaya çıkmaya başladı. Bu ağlarda makineler yaklaşık özelliklerde idi ve işleyiş olarak birbirlerine üstünlük sağlamıyorlardı. Örnek; tamamen Windows 95/98 kullanan ağlar.

Ağ Teknolojilerinde Güç Sıralaması

İnternetin Doğuşu

İnternet tam anlamıyla ağlar arası ağdır. Bu kavramı açmak gerekirse büyük küçük binlerce ağın birleşmesinden oluşmuş en büyük ağdır. Bir kişiye, kuruluşa, ülkeye özel değildir. İnternet kavramı aslında 1969'da savaş sonrasında düşünülen DARPA (Defense Advanced Research Project Agency - İleri Düzey Savunma Araştırmaları Kurumu) isimli basit bir projeden ibaretti. Bu proje büyük bilgisayarları birbirine bağlamayı ve ne olursa olsun bu bağı koparmamayı amaçlıyordu. Klasik bir ağ tarzında, bu ağdaki tek bir bağlantının kopması veya ana sunucunun imha edilmesi durumunda bu ağ çökecektir. Bu yüzden teknisyenler istemci-sunucu modeli yerine her bilgisayarın birbirine eşit özelliklerde olduğu türdeş ağ modeli tercih ettiler. İlk bağlantı California ve Utah'ta olan 4 bilgisayar arasında idi. Yavaş yavaş üniversitelerin de bağlanmasıyla ağ giderek büyümeye başladı. Bu proje daha sonra ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network) adını aldı. Sivil kişi ve kuruluşların da bağlanmasıyla tüm Amerikayı kapsamaya başladı. ARPANET in beklenenden fazla büyümesiyle askeri kısmı MILNET adıyla ayrıldı ve daha sonra da ARPANET gelişerek bügünkü adıyla INTERNET adını aldı.
Ağ Çalışma Prensipleri

Temel olarak ağlarda iki tip çalışma prensibi vardır:
Yayın (Broadcast): Ağa atılan bir paketin her bilgisayara gönderilmesi.
Noktadan noktaya (Point to Point): Ağa atılan bir paketin özel bir noktaya iletilmesi.
Ağların çalışma prensipi genelde yayın tarzındadır. Buna rağmen İnternet omurgası noktadan noktaya çalışmaktadır.

Büyüklüklerine Göre Ağlar

LAN (Local Area Network) Yerel Alan Ağı: Kurulabilecek en küçük çaplı ağ olmakla birlikte büyüklükleri bir oda veya bir binayla sınırlı kalmayıp 1 km'ye kadar çıkabilmektedir. Örneğin küçük ve orta dereceli kurumların ağları.

WAN (Wide Area Network) Geniş Alan Ağı: Aralarında 1 km'den fazla mesafe olan LAN ların birleşmeleriyle meydana gelirler. Türkiye'deki en meşhur WAN'lardan biri Turnet (Türkiye iç omurgası), bir diğeri Ulaknet'tir (Üniversiteler arası ağ).

MAN (Metropolitan Area Network) Metropol Alan Ağı: WAN'ların şehir bazında ya da şehirler arası birleştirilmeleriyle oluşur, fakat günümüzde MAN kavramı kullanılmamakta, yerine WAN terimi tercih edilmektedir.

Mesafe Tablosu 10 m Oda 100 m Bina 1 km Fabrika / Kampüs 10 km Şehir 100 km Ülke 1000 km Bölge 1000 km Dünya

Ağ Topolojileri

Ağın fiziksel yapısı, kablolarla bağlantı şeklidir. Temel 3 topoloji vardır:

Kuyruk (Bus):

Doğrusal bir hat üzerinde kurulmuş bir yapıya sahiptir. Makineler kabloya T-konnektörler aracılığıyla bağlanırlar ve kablonun rezistansını düşürmemek için açıkta kalan iki ucuna sonlandırıcılar takılır. 10 mps hızda çalışır. Bir makinede veya kablonun herhangi bir noktasında oluşan arıza tüm sistemin çalışmasını engeller. Bu dezavantajına rağmen kurulumu en kolay yapı olduğu için tercih edilmektedir. Maksimum kapasitesi 10-12 makine olup, iki makine arası maksimum mesafe ince eş-eksenli (thin coaxial) kablo kullanıldığında 185 m, kalın eş-eksenli (thick coaxial) kablo kullanıldığında 500 metredir.

Zincir (Ring):

Kuyruk yapısındaki bir ağın sonlandırıcıların çıkarılarak iki ucunun birleştirilmesiyle oluşan ağ yapısıdır. En yaygın uygulaması IBM'e ait olan Token Ring topolojisidir. 4 mps veya 16 mps hızda çalışır. Kuyruk yapısının tüm özelliklerini taşımakla birlikte ağda bulunan düşük hızlı bir kart tüm sistemi yavaşlatır. Zincir yapısında ağda varolduğu düşünülen sanal bir jeton (token) tüm makineleri sırayla dolaşır ve bilgi alışverişi bu şekilde sağlanır.

Yıldız (Star)

Diğerlerinden farklı olarak, kablo,konnektör ve ağ kartına ek olarak hub,switch gibi diğer cihazlar kullanılarak oluşturulan ağ yapılarıdır. Genelde UTP (Unshielded Twisted Pair) korumasız çift dolanmış ya da STP (Shielded Twisted Pair) korumalı çift dolanmış kablo kullanılarak oluşturulur ve bilgisayarlarla bağlantı cihazının (hub gibi) maksimum mesafesi 100 metredir. Kullanılan çift dolanmış kablonun ve ağ kartının çeşitine göre farklı hızlarda çalışır. Her bilgisayarın bağlantısındaki problem yalnızca onun çalışmasını engellerken, ağdaki diğer cihazlar çalışmalarına devam ederler. Ancak bağlantı cihazlarındaki (hub, switch) problemler, o cihaza bağlanan tüm cihazların çalışmasını engeller. Diğerlerine göre daha güvenilir fakat pahalı çözümler sunar.

OSI Katmanları

Her teknojik üründe olduğu gibi ağlarda da standartları belirleyen bir kuruluş vardır. Bu kurum ISO (International Standards Organization) olarak bilinir ve ağ haberleşmesinde 7 katmandan oluşan OSI (Open System Interconnection) açık sistemler arası bağlantı kurallarını belirlemiştir. Bir ağ oluşturmak için fiziksel gereksinimlerin dışında, cihazların haberleşebilmeleri için ortak bir anlaşma biçimine yani bir takım protokollere ihtiyaç duyulur. Her protokolün çalıştığı katman yaptığı işe göre değişmektedir. Bu bahsedilen katmanlar şu şekilde sıralanmaktadır:

7 Uygulama / Application
6 Sunum / Presentation
5 Oturum / Session
4 Taşıma / Transport
3 Ağ / Network
2 Veri iletim / Data Link
1 Fiziksel / Physical

Uygulama katmanı kullanıcıya en yakın olan ve programla iletişimini sağlayan katman, fiziksel katman ise en uzak olan ve kablodaki veri transferini içeren katmandır. Bir veri demeti, programın uygulama katmanından fiziksel katmana kadar çeşitli işlemlerden geçip (enkapsüle edilip), kablo üzerinden ağa ve oradan da diğer bilgisayarlara ulaşıp tam tersi işleme tabi tutularak, uygulama katmanına çıkarak diğer kullanıcılara iletilir. İnternette ve ağ uygulamalarında yaygın olarak kullanılan TCP/IP protokolünün uygulanmasında ise 6 ve 5 numaralı katmanlar uygulama katmanının içine dahil edilir ve sonuç olarak ortaya melez (hybrid) bir yapı ortaya çıkar.

TCP / IP Modeli:
7 Uygulama / Application
------
------
4 Taşıma / Transport
3 Ağ / Network
2 Veri iletim / Data Link
1 Fiziksel / Physical

Melez (Hybrid) Model (OSI & TCP/IP)
5 Uygulama / Application
4 Taşıma / Transport
3 Ağ / Network
2 Veri iletim / Data Link
1 Fiziksel / Physical
Ortaya çıkan bu melez model bundan sonraki anlatımların temelini oluşturacak ve her katman detaylarıyla ayrı başlıklar altında incelenecektir. Bu modele göre katmanlarda çalışan bazı protokol örnekleri ise şöyledir:

5 HTTP,TELNET,SMTP, IRC
4 TCP
3 IP
2 PPP
1 BNC

5 CNC
4 SPX
3 IPX
2 Ethernet
1 UTP

Fiziksel Katman

Bu katman tamamiyle fiziksel bağlantıdan sorumlu olup, kablo, konnektor gibi parçalardan meydana gelmektedir. Ağ yapılarında kullanılan kablo türleri:

Eş-eksenli (coaxial / BNC): Televizyon kablosunun daha esnek ve ince olanıdır. Bakır tellerden ve üzerinde manyetik korumadan ibarettir. İnce ve kalın olmak üzere iki çeşittir. İnce olanının taşıma mesafesi 185m. Kalın olanının ki ise 500 metredir. Bu nedenler kalın eş-eksenli kablolar genelde omurga yapılarında kullanılır.

Çift dolanmış (twisted pair / UTP-STP): 8 tane çifte dolanmış telden ibarettir. 10 Mbit hızda çalışırken bunların yanlızca 4 tanesi kullanılır. 100 Mbit çalışabilmesi için bu 8 telin belirli bir sıra takip eder durumda bağlanması gerekmektedir. Korumalı (STP) ve korumasız (UTP) olarak iki çeşittir. STP genelde fabrikalar gibi manyetik alanların ya da fiziksel darbenin çok olabileceği yerlerde tercih edilir ve daha pahalıdır. Hıza göre şöyle ayrılır:

CAT3 10 mps.
CAT4 4-16 mps.
CAT5 100 mps.
CAT6 1000 mps.
CAT7 1000 mps.

Bunlar dışında fiber kablo, kablolu TV, telefon hatları veya kiralık hatlar (leased line) fiziksel katmana dahildir.

Yükseltici (Repeater): Kablonun kapasitesinden daha fazla mesafelere bağlantı kurulması gerektiğinde araya bir yükseltici konularak sinyalin güçlendirilmesini sağlayan cihazdır.

Hub: Yıldız yapısındaki ağlarda merkezi bağlantıyı sağlayan cihazdır. Üzerindeki port sayısıyla isimlendirilir ve bu portlara makineler takılır. Hub aslında içerisinde tüm portları birbirine bağlayan kablolardan oluşmuş bir cihazdır ve kablolardan taşınan bilgiyi anlama kapasitesine sahip değildir. Yanlızca bir porttan gelen paketleri diğer bütün portlara yayın (broadcast) şeklinde iletir. Bu yüzden fiziksel katmana dahildir.

Modem: Bilgisayarın dijital sinyallerini analoga çevirerek kablo üzerinden iletilmesini sağlayan cihazdır. 19600, 28800, 57600 Kb hızlarında çeşitli tipleri vardır. Kiralık hatlarda kullanılan modemlere senkron modem, çevirmeli bağlantılarda (dial-up) ise asenkron modem kullanılmalıdır.

Veri İletimi Katmanı (Data / Link)

Bu katman framelerle uğraşır. Giden veri akışının düzgün olmasını sağlar. Hata düzeltme yapar. Bütün bu işlemlerden sorumlu olan eleman ağ kartıdır. Ağlarda bulunabilen frame tipleri ise şöyledir: 802.2 Ethernet II
802.3 Ethernet
802.4 Token Bus
802.5 Token Ring

Mac (Media Access Control) Adresi: Ağ kartı olan her makinenin bir de MAC adresi vardır. Bu adres o ağ kartı üzerine, üretildiği firma tarafından ROM üzerine kaydedilir ve bir daha değiştirilemez. MAC adresi ait olduğu kartın bağlı olduğu makineyi bulunduğu LAN içerisinde ayırt etmekte, daha doğrusu haberleşmede kullanılır. Her üretici firmaya ait olan MAC adresi havuzu farklı olduğundan teorik olarak aynı MAC adresi iki farklı kart üzerinde bulunamaz. Bu olasılık gerçekleşse bile aynı ağ ortamı içerisinde çalışmadıkları sürece ağda bir problemle karşılaşılmaz.

Switch: MAC adresleri mertebesinde çalışan bir cihazdır. Portlarına bağlanan makinelerin MAC adreslerini kendi tablosuna kaydeder ve switch içerisindeki data transferi noktadan noktaya gerçekleşir. Switchler hublara göre daha akıllı ve pahalı cihazlardır ve kendi üzerlerinde işlemcileri ve hafızaları vardır. Switch ler yanlızca makinelerin direk olarak bağlanması için değil ayni zamanda ağların yükünü azaltmak için kullanılırlar. Diyelim ki birbirine bağlı 4 adet 16 portluk hub var. Bu ağdaki yayın trafiği ve paket çarpışmaları bayağı yüksek olacaktır. Bu durumlarda ağa bir merkezi switch koyup buradan hubları besleme yöntemine gidilmelidir. Böylece her bir hubda oluşan trafik diğer hublara yayın olarak yansımayacak ve lokal kalacak, hublar arası iletişm gerektiğinde ise noktadan noktaya gerçekleşecektir. İyi bir switch yüksek bir hafızaya, portlara aktarım ve portlar arası iletim hızına sahip olmalıdır. Eğer port başına düşen hafıza veya dinamik olarak paylaşılan hafıza düşük ise daha sonra gelen paketler o portun hafızasında tutulamıyacak ve tekrar yollanması istenecektir. Switchler bir ağı hızlandırır fakat ikiye bölmezler.

Ağ (Network)Katmanı

Ağ katmanının tek görevi adreslemeyi sağlamaktır. Adresleme bir anlamda ağdaki paketin yolunu bulabilmesidir. İnternette adresleme için kullanılan protokole IP, bu protokolun kullandığı adreslere ise IP adresleri denir. IP adresleri her biri 8 bit yer kaplayan ve 0-255 arsında olan 4 oktetten oluşurlar. IP adresleri birinci oktetlerine göre 5'e ayrılırlar:

A grubu 0.0.0.0 - 127.255.255.255
B grubu 128.0.0.0 - 191.255.255.255
C grubu 192.0.0.0 - 223.255.255.255
D grubu 224.0.0.0 - 239.255.255.255
E grubu 240.0.0.0 - 255.255.255.255

Tüm ağlarda yanlızca A,B ve C grupları kullanılır. D grubu multicast adı verilen IP leri gruplayarak mesaj gönderen uygulamalarda (multimedya gibi) nadir olarak kullanılır. E grubu ise reserve edilmiştir ve kullanılmamaktadır.
IP adresleri Avrupada RIPE adı verilen bir kuruluş dağıtmaktadır. Herhangi bir IP yi kullanabilmek için RIPE e başvurup, onun size tahsis ettiği adresleri kullanmanız gerekmektedir. Aksi halde ciddi sorunlarla karşı karşıya kalmanız içten bile değildir. Fakat bu bahsedilen 5 grup içerisinde halkın kullanımına açılmış ve İnternet üzerinde kullanılmayan özel (private) IP adresleri vardır:

A grubu - 10.0.0.0
B grubu - 172.16.0.0
C grubu - 192.168.0.0

Yukarıda belirtilen özel IP lerin kullanımı herkese açıktır. Bunlar dışında bir de test amaçlı kullanılan ve her makinenin kendisini belirttiği kabul edilen bir başka IP adresi de 127.0.0.1 dir.
IP adresleri her zaman alt ağ maskesi (subnet mask) ile birlikte kullanılmaktadır. Subnet mask bir IP adresinin bağlı olduğu ağ adresini belirlemeye yarar. Standart subnet mask lar şu şekildedir.

A grubu - 255.0.0.0
B grubu - 255.255.0.0
C grubu - 255.255.255.0

Buna göre her gruptan birer IP adresi alıp, ilgili ağ adreslerini bulursak:

A grubu - 255.0.0.0 - 10.91.7.3 - 10.0.0.0
B grubu - 255.255.0.0 - 130.44.51.6 - 130.44.0.0
C grubu - 255.255.255.0 - 200.15.1.1 - 200.15.1.0

Yukarıdaki tablo bölünmemiş ağ adresleri, yani standart alt-ağ maskeleri ile geçerlidir. Bölünmemiş ağ adreslerinde bulunan IP adresleri sayıları ise şöyledir:
Grup Ağ Adresi Sayısı Adreslenebilir Makine Sayısı A 126 (255*255*255)-2 B 63*255 (255*255)-2 C 31*255*255 255-2

Bir ağ adresindeki IP adreslerini ikinin üsleri şeklinde bölüp birden fazla ağ oluşturmak mümkündür. Buna alt-ağ oluşturmak (subnetting) denir. Bunu yapmak için bölümlenmiş alt-ağ maskeleri kullanmak lazımdır. Bu değerler aşağıdaki tablodaki gibidir:
Alt-Ağ Sayısı A Grubu Subnet Mask B Grubu Subnet Mask C Grubu Subnet Mask 2 255.128.0.0 255.255.128.0 255.255.255.128 4 255.192.0.0 255.255.192.0 255.255.255.192 8 255.224.0.0 255.255.224.0 255.255.255.224 16 255.240.0.0 255.255.240.0 255.255.255.240 32 255.248.0.0 255.255.248.0 255.255.255.248 64 255.252.0.0 255.255.252.0 255.255.255.252
Bu tablo ya göre 192.168.1.0 C grubu ağ adresini 4'e bölersek şu sonucu elde ederiz:

Ağ Numarası Ağ Adresi Yayın (Broadcast) Adresi Alt Ağ Maskesi 1 192.168.1.0 192.168.1.63 255.255.255.192 2 192.168.1.64 192.168.1.127 255.255.255.192 3 192.168.1.128 192.168.1.191 255.255.255.192 4 192.168.1.192 192.168.1.255 255.255.255.192
Router (Yönlendirici): Networkler arası haberleşmenin yapılabilmesi için ara bağlantıyı sağlayacak cihazlara router denir. Routerin bir işlemcisi, epromu ve üzerinde bir işletim sistemi IOS (Internal Operating System) vardır.
Routerlar IP paketlerinin yönlendirilmesinden sorumludur ve bu yüzden üzerlerinde routing tabloları tanımlanmıştır. Routing tabloları iki çeşittir: Statik ve dinamik.

Aşağıda şekli gözüken ağ için statik routing tabloları şöyledir:

Statik Routing - Router A
Hedef Alt Ağ Maskesi Interface Gateway 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.1.1 192.168.1.1 192.168.2.0 255.255.255.0 10.0.1.1 10.1.1.2 192.168.3.0 255.255.255.0 10.0.1.1 10.0.2.2
Statik Routing - Router B
Hedef Alt Ağ Maskesi Interface Gateway 192.168.1.0 255.255.255.0 10.0.1.2 10.0.1.1 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.2.1 192.168.2.1 192.168.3.0 255.255.255.0 10.0.2.1 10.0.2.2

Dinamik Routing - Router A - Başlangıç

Dinamik Routing - Router A - Başlangıç
Hedef Alt Ağ Maskesi Interface Gateway 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.1.1 192.168.1.1 192.168.2.0 255.255.255.0 10.0.1.1 10.0.1.2
Dinamik Routing - Router B - Başlangıç
Hedef Alt Ağ Maskesi Interface Gateway 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.1.2 192.168.1.1 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.2.1 192.168.2.1 192.168.3.0 255.255.255.0 10.0.2.1 10.0.2.2
Dinamik Routing - Router A - RIP sonrası
Hedef Alt Ağ Maskesi Interface Gateway 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.1.1 192.168.1.1 192.168.2.0 255.255.255.0 10.0.1.1 10.0.1.2 192.168.3.0 255.255.255.0 10.0.1.1 10.0.2.2
Dinamik Routing - Router B - RIP sonrası
Hedef Alt Ağ Maskesi Interface Gateway 192.168.1.0 255.255.255.0 10.0.1.2 10.0.1.1 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.2.1 192.168.2.1 192.168.3.0 255.255.255.0 10.0.2.1 10.0.2.2