Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları1.

... konulu sunumlar: "Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları1."— Sunum transkripti:

1 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları1

2 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları2 Fiziksel Katman Fiziksel katman iletişim kanalı üzerinden (işlenmemiş) bitlerin gönderimiyle ilgilenir. Bu katmanın tasarım sorunları bir tarafın gönderdiği 1 bitinin öbür tarafta yine 1 biti olarak algılanmasını garantilemekle ilgilidir. Tipik sorunlar, 1 biti için kaç volt, 0 biti için kaç volt kullanılması gerektiği, bir bitin kaç nanosaniye süreceği, iletişimin aynı anda tek yönlü mü yoksa çift yönlü mü yapılacağı, ilk bağlantının nasıl sağlanacağı, kullanılan konnektörlerin pin sayısının kaç olacağı ve bu pinlerin görevlerinin ne olacağı gibi konulardır. Dolayısıyla buradaki tasarım sorunları çoğunlukla mekanik, elektriksel ve zamanlama problemleri ile fiziksel iletişim ortamı ve fiziksel katmanın altında ne olduğu ile ilgilidir.

3 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları3 Veri Bağı Katmanı Bu katmanın temel görevi bir (işlenmemiş) iletişim ortamını üstündeki ağ katmanının kullanımı için iletişim hatalarından arındırıl- mış bir ortama dönüştürmektir. Bu görevi göndericinin iletmek istediği veriyi genellikle birkaç yüz/bin byte’tan oluşan veri çerçevesine (data frame) bölerek ve her çerçeveyi sırasıyla ileterek gerçekleştirir. Eğer güvenilir bir bağlantı mevcutsa alıcı her paketin doğru olarak alınmasını geriye bir alındı çerçevesi göndererek bildirir. Bu katmanın ilgilendiği bir başka konu ise hızlı bir gönderici- nin, işleme hızı yavaş olan bir alıcıyı boğmasını engellemektir. Alıcı- nın ne kadar tampon belleği kaldığının gönderici tarafından bilinmesi için bir trafik düzenleme mekanizmasının kurulması gerekir. Bu trafik düzenleme ve hata kontrolü mekanizmaları genellikle entegredir. Genele yayın yapan ağlarda veri bağı katmanı ile ilgili bir sorun ise ortak kanala erişimin nasıl gerçekleştirileceğidir. Bu katmanın bir altkatmanı olan ortam erişim katmanı bu görevle ilgilenir.

4 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları4 Ağ Katmanı Ağ katmanı altağın çalışmasını kontrol eder. Temel bir tasarım problemi paketlerin göndericiden alıcıya nasıl yönlendirilecekleridir. Yönlendirme rotaları statik tablolarda verilebileceği gibi, her kurulacak iletişimin başında da dinamik olarak belirlenebilir. Hatta en uç noktada ağın anlık yükü gözönüne alınarak her paket gönderimi sırasında rota tayini yapılabilir. Eğer altağda aynı çok fazla sayıda paket mevcutsa, bunlar birbirlerinin yoluna çıkarak bir darboğaz (bottleneck) yaratabilirler. Bu gibi sıkışmaların önüne geçmek ağ katmanının görevidir. Daha genel olarak, servis kalitesi (gecikme, iletim zamanı, zamanda kaymalar, vs) de ağ katmanının görevleri arasındadır. Bir paket bir ağdan başka bir ağa gitmek istediğinde sorun oluşabilir. Ağların farklılıkları yüzünden adres yapıları değişik olabilir, veya kabul edilebilir paket uzunlukları farklı olabilir. Ağ katmanının diğer bir görevi de çoktürel (heterogeneous) ağların birbirlerine bağlanabilmelerini sağlamaktır.

5 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları5 Genele yayın (broadcast) ağlarda yönlendirme işlemi çok basit olabilir, bu durumlarda ağ katmanı ya çok incedir, ya da hiç yoktur.

6 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları6 Taşıma Katmanı Taşıma katmanının temel görevi üst katmandan gelen veriyi ihtiyaç halinde daha kısa veri birimlerine bölerek ağ katmanına iletmek ve tüm parçaların öbür bilgisayarda aynı sırada bir araya getirilmesini garantilemektir. Bu işlem verimli bir şekilde ve üst katmanların alt katmanlarda meydana gelebilecek bir teknoloji değişikliğinden yalıtarak gerçekleştirilmelidir. Taşıma katmanı aynı zamanda oturum katmanına oradan da ağın gerçek kullanıcılarına hangi servislerin sunulacağını belirler. En popüler taşıma katmanı bağlantısı, mesajları veya byteları gönderildikleri sırada ulaştıran hatadan arındırılmış noktadan-nok- taya (PPP) bir kanaldır. Başka taşıma servis türleri, ulaştırma garantisi olmadan mesajların iletilmesi, mesajların birden fazla noktaya genele yayını vs.dir. Taşıma servis türüne bağlantı kurulduğu zaman karar verilir.

7 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları7 Taşıma katmanı, verinin kaynağından hedefine doğru gerçekleştirilen gerçek bir bir-uçtan-öbür-uca katmandır. Kaynak bilgisayarındaki bir program hedef bilgisayardaki benzer bir program- la bu katmanın mesaj başlıklarını ve kontrol mesajlarını kullanarak iletişim kurabilir. Daha alttaki katmanlarda protokoller sadece diğer bilgisaylar arasındaki iletişimde kullanılır, son kullanıcı bu protokol- lerden yalıtılmıştır. OSI referans modelinde uçtan-uca protokole sahip katmanlar (taşıma, oturum, sunuş ve uygulama katmanları) gösterilmiştir.

8 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları8 Oturum Katmanı Bu katman farklı bilgisayarlardaki kullanıcıların aralarında oturum kurmasını sağlar. Oturumlar değişik servisler sağlayabilir; Diyalog kontrolü (iletişim sırasının kime ait olduğunun izlenmesi), Andaç (token) yönetimi (iki tarafın aynı anda kritik bir işlem yapmasının engellenmesi), Senkronizasyon (bir iletişimin kopmasından sonra iki tarafın kaldıkları yerden iletişime devam edebilmeleri için bir sağlama noktası (checkpoint) kullanma), vs.

9 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları9 Sunuş Katmanı Alttaki katmanların bitlerle ve veri paketleriyle ilgilenen yapısının tersine sunuş katmanı gönderilen bilginin sözdizimi ve anlambilimsel yapısıyla (semantics) ilgilenir. Değişik veri yapılarına sahip bilgisayarlar arasındaki bağlan- tıyı sağlamak için soyut veri yapıları tanımlamak gerekebilir. Sunuş katmanı bu soyut veri yapılarını idare eder ve üst-seviye veri yapıları- nın (örn. banka kayıtları) tanımlanmasını ve bilgisayarlar arasında alışverişine izin verir.

10 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları10 Uygulama Katmanı Uygulama katmanı kullanıcılar tarafından sıkça kullanılan protokolleri içerir. Örneğin WWW’e erişimi sağlayan HTTP (HyperText Transfer Protocol) bunlardan birisidir. Bir tarayıcı (browser) bir web sayfasını görüntülemek istediğinde sunucuya istediği sayfanın ismini gönderir. Sunucu da cevap olarak o sayfayı geri döndürür. Diğer uygulama katmanı protokolleri dosya transferi, e-mail ve news protokolleridir.

11 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları11 TCP/IP Referans Modeli TCP/IP’nin atası DoD tarafından desteklenerek tasarlanmış ARPANET’tir. DoD, kaynak ve hedef bilgisayarlarının sağlam kaldı- ğı sürece, aradaki bazı bilgisayarların ve iletim hatlarının bir (nük- leer) saldırıyla imha edilmesi durumunda bile iletişimin kopmayacağı bir ağ yapısı istiyordu. Buna ek olarak, dosya transferinden gerçek zamanlı konuşmaya kadar geniş bir hizmet yelpazesi öngörüldüğün- den bu ağın esnek bir yapıya sahip olması gerekiyordu. ARPANET ilk başlangıçta birkaç üniversiteyi ve devlet kuru- munu kiralık telefon hatları üzerinden bağlıyordu. Daha sonra uydu ve telsiz ağlarında gelişimiyle mevcut protokollerin yetersizliği, ve yeni bir referans modelinin ihtiyacı ortaya çıktı. ARPANET, katılımcıların büyük bir hızla artması ve bir ta- kım geliştirmelerle bugün kullandığımız TCP/IP referans modeline geçildi. Bu yeni yapının en büyük hedeflerinden birisi farklı yapılar- daki ağları birbirine kesintisiz bir şekilde bağlamaktır.

12 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları12 TCP/IP referans modeli aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:

13 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları13 Internet Katmanı Yukarıdaki gereksinimlerin hepsi paket-anahtarlamalı ağlara dayanan bağlantısız ağlar-arası katmanın yani internet katmanının seçimine neden oldu. Bu katmanın görevi host bilgisayarların herhangi bir ağdan paketler göndermesini ve muhtemelen başka bir ağdaki alıcıya bu paketlerin birbirinden bağımsız ulaşmasını sağlamaktır. Paketler alıcıya başka rotalar izleyerek farklı bir sırada ulaşabilir. Bunun bir örneği posta sistemidir. Bir ülkedeki bir kişi posta kutusuna başka ülkedeki bir adrese gitmek üzere bir dizi mektup (farklı günlerde) bırakmaktadır. Her mektup bir veya birden fazla uluslararası mektup gateway’lerinden geçerek karşı tarafa ulaşabilir. Farklı sırayla ulaşabilmeleriyle dışında bütün mektupların iletim şekli kullanıcılar tarafından farkedilmez. Her ara ülkenin farklı bir iletim şekli, değişik damgası vs. olabilir fakat bunlar son kullanıcılara bildirilmez.

14 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları14 İnternet katmanı bir resmi paket formatını ve IP (Internet Protocol) olarak adlandırılmış bir protokolü tanımlar. Internet katmanının görevi IP paketlerini gitmeleri gereken yere ulaştırmaktır. Burada paket yönlendirme (routing) ciddi bir meseledir. Dolayısıyla TCP/IP internet katmanının görevi OSI ağ katmanının görevine denktir denilebilir.

15 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları15 Taşıma Katmanı TCP/IP modelinde taşıma katmanı OSI modelindeki taşıma katmanı gibi, kaynak ve hedef host bilgisayarlarındaki eşgörevli birimler arasında iletişim kurulmasına izin verir. Burada iki adet uçtan-uca protokol tanımlanmıştır: TCP (Transmission Control Protocol) bir bilgisayardan kaynaklanan byte dizisinin hatasız bir şekilde öbür uçtaki bilgisayara erişmesini sağlayan güvenilir bağlantılı bir protokoldür. Gelen byte dizisini ayrık mesajlara böler ve herbirini internet katmanına gönderir. Hedef bilgisayarda TCP, internet katmanından gelen mesajları bir araya getirerek orijinal byte dizisini oluşturur. TCP aynı zamanda trafik kontrolü yaparak hızlı göndericinin yavaş göndericiyi boğmasını engeller.

16 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları16 İkinci protokol UDP (User Datagram Protocol)’dir. TCP’nin sıralama ve trafik kontrolünü istemeyen veya bunları kendi- leri gerçekleştirecek olan uygulamalar için güvensiz (alındı isteme- yen), bağlantısız bir iletişim sağlar. Kısa süreli bağlantılar, sunucu-istemci türü istek-cevap sorgulamalarında ve zamanında iletimin doğru iletimden daha önemli olduğu uygulamalarda (ses ve görüntü iletimi) kullanılır. IP, TCP ve UDP arasında ilişki aşağıdaki şekilde verilmiştir.

17 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları17 Uygulama Katmanı TCP/IP modeli oturum ve sunuş katmanlarını içermez. Bu katmanlara ihtiyaç olmayacağı öngörülmüştür. Ayrıca OSI katman- larının gerçekleştirilme örnekleri de bu öngörüyü desteklemiştir. Uygulama katmanı bütün üst-seviye protokolleri içerir. İlk protokoller virtual terminal (TELNET), dosya transferi (FTP) ve elektronik posta (SMTP) idi. TELNET bir kullanıcının uzaktaki bir bilgisayara login olmasını ve orada çalışmasını sağlar. FTP, veriyi bir bilgisayardan başka bir bilgisayara aktarmaya yarar. Elektronik posta ilk başta sadece bir dosya transferi türüydü fakat daha sonra SMTP’ye dönüştü. Zamanla yeni protokoller eklendi. Domain Name Server (DNS) host bilgisayar isminin network adresiyle eşlenmesini sağlar. NNTP, ağ üzerinden USENET news makalelerinin aktarımını, HTTP ise WWW’den web sayfası alınmasını, vs. sağlar.

18 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları18 Host Bilgisayardan-Ağ’a Katmanı Internet katmanının altında büyük bir boşluk bulunmaktadır. TCP/IP modeli burada ne olacağını, host bilgisayarın, ağa bazı protokolleri kullanarak IP paketleri göndereceği dışında tanımlamaz. Bu protokoller tanımlanmamıştır ve hosttan hosta ve ağdan ağa farklılık gösterebilir.

19 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları19 OSI ve TCP/IP Referans Modellerinin Karşılaştırılması Her iki modelin ortak tarafları, - Bağımsız protokoller yığıtı kavramına dayanırlar, - Katmanların işlevleri çok genel olarak benzer, - Bağlantı ve üzerindeki katmanlar uçtan-uca bağlantı sağlayabilir, - Bağlantı katmanı üzerindeki katmanlar bu katmanın uygulama-tabanlı kullanıcılarıdır. Bu benzerliklere rağmen bu bölümde incelenecek olan çok sayıda fark da vardır. Burada protokol yığıtları değil referans modelleri karşılaştırılmaktadır.

20 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları20 Servis, Arayüz ve Protokol ayrımı OSI’nin dayandığı üç kavram bulunmaktadır: 1. Servisler, 2. Arayüzler, 3. Protokoller. OSI modelinin en büyük katkısı bu kavramları kesin şekilde ayırma-sıdır. Her katman üstündeki katman için bazı servisler sunar. Servisin tanımı katmanın ne yaptığını söyler, katmanın nasıl çalıştığını değil. Bir katmanın arayüzü üst katmandaki süreçlere o katmana nasıl erişileceğini söyler. Hangi parametrelerin gerekli olduğunu ve nasıl bir sonuç beklenebileceğini belirler. Bir katmanda kullanılan eşgörevli protokoller o katmanın nasıl çalışacağını belirler.

21 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları21 TCP/IP ise servis, arayüz ve protokol arasında kesin bir ayrımda bulunmaz. Örneğin internet katmanının sunduğa yegane servisler SEND IP PACKET ve RECEIVE IP PACKET’tir. Esneklik Dolayısıyla, OSI modelinde protokoller TCP/IP’ye göre daha gizlidir ve teknoloji değiştiğinde kolayca değiştirilebilirler. Katmanlı yapının temel amaçlarından birisi de budur. OSI referans modeli ilgili protokollerin geliştirilmesinden önce tanımlanmıştı. Bu, modelin belirli bir protokolün çizgisinde tanımlanmak yerine çok daha genel bir yapıya sahip olmasını sağlar. Bunun kötü tarafı, mevcut protokoller olmadığı için model tasarımcılarının hangi katmana hangi görevi vermeleri gerektiği konusunda fazla deneyime sahip olmamalarıydı. Örneğin veri bağı katmanı noktadan-noktaya ağlar için tanımlanmıştı. Genele yayın (broadcast) ağlar için yeni bir altkatman tanımlanması gerekli oldu.

22 Dr Cenk TokerVeri İletişimi ve Bilgisayar Ağları22 TCP/IP için durum tam tersi oldu. Protokoller ilk önce yazıl- dı, daha sonra oluşturulan model ise sadece bu protokollerin tanım- lanması oldu. Buradaki en büyük sorun, modelin başka protokol yığıtlarına uygun olmamasıdır. Dolayısıyla bu model TCP/IP olma- yan ağların tanımlanmasında yetersiz kalmaktadır. Bağlantılı-Bağlantısız iletişim Modeller arasındaki başka bir fark ise, bağlantılı ve bağlantı- sız iletişim konusundadır. OSI modeli ağ katmanında her iki bağlan- tıyı da desteklemekle birlikte kullanıcıların doğrudan kullanabileceği taşıma katmanında sadece bağlantılı iletişim desteklemektedir. TCP/IP ise ağ katmanında sadece bağlantısız iletişim sağla- makta, fakat taşıma katmanında her iki bağlantı türünü de kullanıcı- lara seçenek olarak sunmaktadır.