9. BİLGİSAYAR AĞLARI

9.1. Bilgisayar Ağları

Bir bilgisayar ağı, basitçe birbiriyle bilgi ve kaynakları paylaşan, birbirine bağlı bilgi işlem cihazları sistemidir. “Bilgi işlem cihazları” terimi, kişisel bilgisayarlar (PC’ler) ve dizüstü bilgisayarların yanı sıra Tabletler, TV’ler ve akıllı telefonları da içerir. Bu bölümde, bu cihazların tamamı için “bilgisayar” kelimesini kullanılacaktır.

Bilgisayarlar arası ağ bağlantısı yalnızca bakır kablolar üzerinden olmak zorunda değildir. Fiber optikler, mikrodalgalar, kızılötesi ve iletişim uyduları da kullanılabilir. Bilgisayar ağlarının birkaç ana bileşeni vardır:

1. Ana Bilgisayarlar (Host): Ağlara bağlı bilgi işlem cihazlarına ana bilgisayarlar veya uç sistemler denir.

2. Bağlantılar (Link): İletişim bağlantıları, iletilen bilgilerin alıcı ana bilgisayarlar ile gönderen ana bilgisayarlar arasında taşındığı yollardır.

3. Yönlendiriciler (Router): Yönlendirici, gelen iletişim bağlantılarından aldığı verileri giden iletişim bağlantıları aracılığıyla iletir.

4. Köprüler (Bridge): Bir köprü, verileri bölümlere ayırarak bir ağ üzerindeki trafik miktarını azaltır.

5. Protokoller: IP ve TCP gibi protokoller, ağ içindeki bilgi gönderme ve alma işlemlerini kontrol eder.

9.1.1. Ağ Mimarisi

Bilgisayar ağları, temel mimarilerine (tasarımlarına) göre istemci / sunucu mimarisi ve eşler arası mimari olarak iki ana kategoriye ayrılırlar. İstemci / sunucu mimarisinde, ağdaki her bilgisayar ya bir istemci ya da bir sunucudur. Sunucular, verileri kontrol eden ve ağ trafiğini yöneten güçlü bilgisayarlardır. Öte yandan istemciler, uygulamaları çalıştırmak için sunucu kaynaklarını kullanırlar. Tipik bir istemci/sunucu ağı düzenlemesi Şekil 9.1’de gösterilmektedir.

Eşler arası mimaride, ağ üzerindeki her ana bilgisayarın eşit yetenek ve sorumlulukları vardır. İstemciler ve sunucular arasında kesin bir ayrım yoktur. Tipik bir eşler arası ağ düzenlemesi Şekil 9.2’de gösterilmektedir. Eşler arası ağlar genellikle istemci / sunucu ağlarından daha basittir, ancak genellikle ağır yükler altında aynı performansı sunmazlar.

9.1.2. Ağ Referans Modelleri

Bir ağ referans modeli, bir ağın yapısını görselleştirmek ve açıkça tanımlamak için kullanılan katmanlı ve soyut bir tanımdır. Bu bölüm, iki ana ağ referans modeli olan OSI modeli ve TCP / IP modeline genel bir bakış sunar. OSI model protokolleri artık nadiren kullanılırken, modelin kendisi hala geçerlidir. TCP / IP modeli ise yaygın olarak kullanılmamakta ancak protokolleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Her iki model de aşağıda açıklanmıştır.

OSI Model: Açık sistem ara bağlantısı (OSI – open system interconnection) referans modeli, bilgilerin bir ağ aracılığıyla bir kullanıcı uygulamasından başka bir kullanıcı uygulamasına nasıl aktarıldığını açıklar. Bu model, farklı katmanlarda kullanılan protokollerin uluslararası standardizasyonuna yönelik ilk girişim olarak 1970’lerin sonunda Uluslararası Standartlar Örgütü (ISO) tarafından geliştirilen bir öneriye dayanmaktadır. Bu model, her biri belirli bir işleve sahip yedi katmana sahiptir. Şekil 9.3, bu katmanların sırasını göstermektedir. Aşağıda, en üst katmandan başlayarak her katmanın işlevselliğinin kısa bir açıklaması bulunmaktadır.

Katman 7: Uygulama katmanı, kullanıcıların uygulamayla ve dolayısıyla ağla etkileşime girmesi için ana arayüzdür. Son kullanıcıların ağdaki bilgilere erişmesine olanak tanıyan basit posta aktarım protokolü (SMTP – Simple Mail Transfer Protocol), dosya aktarım protokolü (FTP – File Transfer Protocol) ve Telnet gibi ağ hizmetleri sağlar. Yaygın olarak kullanılan bir uygulama protokolü, world wide web’in (WWW) temeli olan metin aktarım protokolüdür (http – hyper text transfer protocol).

Katman 6: Sunum katmanı, uygulama katmanı için standart bir arayüz sağlamak üzere verileri dönüştürür. Veri sıkıştırma, MIME kodlama, veri şifreleme bu katmanda yapılır.

Katman 5: Oturum katmanı, bilgisayarlar arasındaki bağlantıları (oturumları) kontrol eder ve bu bağlantılar üzerinden gönderilen verilerin biçimini tanımlar. Ağda oturumları kurar, sürdürür ve sonlandırır ve veri akışındaki denetim noktalarını planlayarak senkronizasyon hizmetleri sağlar, böylece bir oturum başarısız olursa, yalnızca en son denetim noktasından sonraki verilerin iletilmesi gerekir.

Katman 4: Nakil katmanı, kullanıcı ara belleğini ağ ara belleği boyutlu bölümlere ayırır ve istenen iletim kontrolünü uygular. Akış kontrolü, bölümleme / birleştirme ve hata denetimi aracılığıyla belirli bir bağlantının güvenilirliğini kontrol eder. Ayrıca, kayıp veya yineleme olmaksızın hatasız veri teslimini garanti etmek için hata kontrol mekanizması barındırır ve bazı paketler hatalı ulaşırsa yeniden iletim isteklerinin onaylanmasını sağlar. En iyi bilinen iki taşıma protokolü, TCP (transmission control protocol) ve UDP’dir (user datagram protocol).

Katman 3: Ağ katmanı, veri topluluklarının bir ana bilgisayardan diğerine yönlendirilmesinden, paket anahtarlama ve veri tıkanıklığı gibi ağ sorunlarını yönetmekten sorumludur. Ayrıca mantıksal ağ adresini ve adlarını fiziksel adreslerine çevirir. Ağ katmanı protokolünün en iyi bilinen örneği İnternet protokolüdür (IP). İnternet protokolü, her bir ana bilgisayarı, 0 ile 255 arasında noktayla ayrılmış dört ondalık sayı olarak yazılmış 32 bitlik (4 bayt) bir IP adresiyle tanımlar, örneğin, 122.136.53.210. IP’nin ilk 3 baytı ağı belirtirken kalan baytlar o ağdaki ana bilgisayarı belirtir.

Katman 2: Data bağlantı katmanı, ağdaki verilerin formatını tanımlar ve verileri bir ağ öğesinden bitişik bir ağ öğesine aktarmak ve fiziksel katmanda meydana gelebilecek hataları algılamak ve muhtemelen düzeltmek için işlevsel ve prosedürel yollar sağlar.

Katman 1: Fiziksel katman, ham bit akışını başarılı bir şekilde iletmek için voltaj, kablolar ve pin düzenini içeren tüm fiziksel iletim ortamı özelliklerini tanımlar. Tüm ortamlar işlevsel olarak eşdeğerdir; temel fark, kurulum ve bakım kolaylığı ve maliyetidir.

TCP/IP Model: OSI modeli yaygın olarak kullanılmasına ve genellikle standart olarak kabul edilmesine rağmen, TCP / IP modeli, uygulamadaki protokollere daha kolay uyum sağlayan daha az kesin olarak tanımlanmış katmanları nedeniyle çoğu UNIX sistemler tarafından kullanılmaktadır. TCP / IP modeli 1970’lerde Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) tarafından İnternet protokollerinin geliştirilmesinde kullanılmak üzere oluşturulmuştur ve bu nedenle aynı zamanda İnternet modeli olarak da adlandırılır.

OSI modelinden farklı olarak, TCP / IP modeli resmi olarak belgelenmemiştir; katmanlarının sayısı veya adları konusunda fikir birliği yoktur. Bu nedenle, farklı kaynaklarda bu modelin farklı tanımları bulunabilir. Modelin önceki sürümleri, Şekil 9.4’de gösterildiği gibi basit bir dört katmanlı şema ile açıklanmıştır.

Günümüzde, TCP/IP modelinin ilk katmanı (ağ erişimi) fiziksel ve veri bağlantısı olarak iki katmana ayrılıp beş katmanlı bir modele dönüşmüştür. Ayrıca İnternet katmanı, ağ katmanı olarak yeniden adlandırılmıştır. Yeni model Şekil 9.5’de gösterilmektedir. Bu gelişmiş sürüm OSI modeline orijinal modelden daha yakındır. Bu nedenle, bazı kaynaklar bu modeli OSI ve TCP / IP arasındaki hibrit model olarak adlandırır.

9.1.3. Ağ Standardizasyonu

Standartlar, herhangi bir teknolojinin temellerini oluşturur. Tüm ağ cihazı üreticilerinin kendi yöntemleri olsaydı, farklı bilgisayarlar arasında iletişim oldukça zor olurdu.

Bilgisayar ağları alanında standartlar, ISO, ANSI (Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü), NIST (Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü) ve IEEE (Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü) dâhil olmak üzere çeşitli kuruluşlar tarafından belirlenir. Bu bölümde, IEEE’nin bilgisayar ağlarıyla ilgilenen popüler standartlarından biri olan IEEE 802 ele alınmaktadır.

IEEE 802 Standartları: IEEE 802, bölümün ilerleyen kısımlarında ele alınan yerel alan ağları (LAN’lar) ve metropolitan alan ağları (MAN) ile ilgilenen bir IEEE standartları ailesi bütünüdür.

IEEE 802’de belirtilen hizmetler ve protokoller, daha önce bahsedilen OSI referans modelinin alt iki katmanına (fiziksel ve data bağlantısı) atanmıştır. IEEE 802 standartları, data bağlantı katmanını iki alt gruba ayırır:

 Mantıksal bağlantı denetimi (LLC – Logical link control): Veri bağlantı iletişimini yönetir ve hizmet erişim noktaları (SAP – service access points) adı verilen mantıksal arabirim noktalarının kullanımını tanımlar. Verilerin sıralanmasından ve veri trafiğinin kontrol edilmesinden sorumludur.

 Ortam erişim denetimi (MAC – Media access control): Fiziksel katmana paylaşılan erişim sağlar, veri adreslerini tanır ve veri hatalarını denetler ve ağdaki iki bilgisayar arasında hatasız veri teslim edilmesini sağlar.

TABLO 9.1 Bazı 802 Standartları

IEEE 802 standart ailesi, IEEE 802 LAN / MAN Standartlar Komitesi (LMSC – LAN/MAN Standards Committee) tarafından korunur. Tablo 9.1’de farklı ağ standartları verilmiştir.

9.1.4. Bilgisayar Ağ Türleri

En yaygın bilgisayar ağı türleri şu şekildedir:

1.    LAN (local  area  network – yerel alan ağı)

2.    WLAN (kablosuz yerel alan ağı)

3.    WAN (wide  area  network – geniş alan ağı)

4.    MAN (metropolitan  area  network – Büyükşehir bölgesi ağı)

5.    CAN (campus  area  network  – Kampüs bölgesi ağı)

6.    PAN (personal  area  network – Kişisel alan ağı)

Bu bölümde en yaygın kullanılan LAN, WAN ve WLAN ağ türleri incelenecektir.

Yerel Alan Ağı (LAN): LAN’lar, bir oda, bir bina veya bir ofis gibi nispeten küçük bir alanla sınırlı özel mülkiyete ait ağlardır. Yazıcılar gibi kaynakları paylaşmak ve bilgi alışverişi yapmak için okullarda, evlerde ve şirket ofislerinde kişisel bilgisayarları ve iş istasyonlarını bağlamak için yaygın olarak kullanılırlar. LAN’lar IEEE 802.3 Ethernet teknolojisine dayanmaktadır ve 10-1.000 Mbps’de çalışırlar. LAN’lar için çeşitli olası topolojiler Şekil 9.6’da gösterilmektedir.

Geniş Alan Ağı (WAN): LAN’ın aksine, WAN geniş bir alanı, genellikle bir ülkeyi veya kıtayı kapsar. WAN’lar, LAN’ları ve diğer ağ türlerini birbirine bağlamak için kullanılır, böylece bir konumdaki kullanıcılar ve bilgisayarlar diğer konumlardaki kullanıcılar ve bilgisayarlarla iletişim kurabilir. Bir WAN, yönlendiricilerle veya anahtarlama devreleriyle bağlantılı coğrafi olarak dağınık bir LAN koleksiyonu olarak düşünülebilir. İletim hızları tipik olarak LAN’lardan daha yavaştır.

Merkezi ve dağıtılmış olmak üzere iki temel WAN türü vardır. Merkezi WAN’lar, merkezi bir konumdaki bir sunucudan veya sunucular grubundan ve bu sunuculara bağlı istemci bilgisayarlardan oluşur. Dağıtılmış WAN’lar ise, WAN boyunca dağıtılan istemci ve sunucu bilgisayarlardan oluşur.

Büyük kurumsal ağlar, bankacılık ağları ve askeri ağlar gibi çeşitli WAN’lar bulunmaktadır. Bir WAN’ın en büyük ve en iyi bilinen örneği, dünyayı kapsayan İnternet’tir.

Kablosuz Yerel Alan Ağı (WLAN): WLAN, iki veya daha fazla bilgisayarı kablo kullanmadan bağlayan kablosuz bir LAN’dır. Kullanıcılara geniş bir kapsama alanı içinde hareket etme ve yine de ağa bağlı olma hareketliliği sağlar. WLAN genellikle IEEE 802.11 yüksek hızlı Wi-Fi teknolojisine dayanır. Bu ağ, akıllı telefon, tablet ve dizüstü bilgisayarlar gibi taşınabilir cihazların artan popülaritesi nedeniyle son zamanlarda ofislerde ve evlerde çok yaygın hale gelmiştir.

9.1.5. Internet ve WWW

“Bilgisayar ağı” terimini gördüğümüzde, aklımıza gelen ilk şey İnternet ve dünya çapında ağdır (WWW). Ne İnternet ne de WWW bir bilgisayar ağıdır. İnternet tek bir ağ değil, ağlardan oluşan bir ağdır ve WWW, İnternet üzerinde çalışan dağıtılmış bir sistemdir.

İnternet ve WWW terimleri birbirinin yerine kullanılmaktadır. Ancak bunlar eşanlamlı değildir. İnternet, bakır teller, fiber optik kablolar, kablosuz bağlantılar vb. ile birbirine bağlanan, birbirine bağlı bilgisayar ağlarından oluşan, dünya çapında halka açık bir ağdır. Web ise köprüler ve URL’ler ile bağlanan, birbirine bağlı belgeler ve diğer kaynaklar topluluğudur.

Bölüm Özeti

Bu bölümde, bilgisayar ağlarına kısa bir giriş yapılmıştır. İnternetin yaygınlaşması bu mimarileri uygun maliyetli hale getirmiştir. Bu mimariler, açık ve ölçeklenebilir karmaşık sistemler oluşturmamızı sağlarlar.

Kaynakça

Coulouris,  G.,  Dollimore,  J.  and  Kindberg,  T.,  Distributed  Systems:  Concepts  and  Design, Reading,  MA:  Addison  Wesley,  1996.

Forrest, S., Hofmeyr, S.A., Somayaji, A. and Longstaff, T.A., ‘‘A sense of self for UNIX

processes,’’     Proceedings     of     IEEE     Symposium     on     Research     in     Security     and Privacy,  1996.

Foster, I. and Kesselman, C., The GRID2: Blueprint for a New Computing Infrastructure, San Francisco,  CA:  Morgan  Kaufmann,  2004.

Foster, I., Kesselman, C. and Tuecke, S., ‘‘The anatomy of the grid: enabling scalable

virtual  organizations,’’  International  Journal  of  Supercomputer  Applications,  15,  3, 200–222,  2001.

Howe,  W.,  ‘‘A  brief  history  of  the  Internet,’’  last  update  January  16,  2007.

History of Internet, Wikipedia, the free encyclopedia, http://en.wikipedia.org/wiki/

Internet_history

Grid  Computing,  The  DoD  SoftwareTech  News,  April  2004.

IEEE  802,  Wikipedia,  the  free  encyclopedia,  http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802 Intel  Corporation,  ‘‘Toward  TeraFLOP  performance:  an  update  on  the  Intel=DARPA  Touch- stone  Program,’’  Supercomputer  Systems  Division  Report,  Nov.,  1990.

Kurose,  J.F.  and  Ross,  K.W.,  Computer  Networking:  A  Top-Down  Approach  Featuring  the Internet,  MA:  Addison  Wesley,  2001.