Deneyimlerim: Network Temelleri

Birden çok bilgisayarın birbirine bağlı olarak kullanılmasıyla oluşturulan çalışma biçimine bilgisayar ağı (computer network) denir. Bir bilgisayar ağında çok sayıda bilgisayar yer alır. Bu bilgisayarlar yan yana duran iki bilgisayar olabileceği gibi tüm dünyaya yayılmış binlerce bilgisayarda olabilir. Ağ içindeki bilgisayarlar belli bir biçimde dizilirler. Bilgisayarlar arasında genellikle kablo ile bağlantı sağlanır. Kablo bağlantısının mümkün olmadığı durumlarda mikro dalgalar ve uydular aracılığıyla da ağ içindeki iletişim kurulur.

İşletmecilik açısından ağlar, yönetime ve denetime yardımcı olurlar. Bir bankanın ya da üniversitenin çok sayıda bilgisayarı birbirine bağlı olarak kullanılması, onları bağımsız olarak kullanmasından daha anlamlı ve verimli olur. Böylece birimler arası iletişim daha kolay sağlanmakta ve bütünleşik (integrated) uygulamalar daha kolay gerçekleştirilmektedir.

Bilgisayar Ağlarının Amaçları:

İletişim kolaylığı. Ağ kullanan insanlar mail, chat odaları, videolarla v.b.daha kolay ve etkili iletişim kurabilirler.
Donanım paylaşımı. Ağ dünyasında, ağ üzerindeki herhangi bir bilgisayar ağda paylaşılan donanım kaynaklarına ulaşabilir ve bunları kullanabilir. Örneğin ağdaki bir bilgisayar ağın paylaşıma açık yazıcısından kendi bilgisayarı üzerinden çıktı alabilir.
Dosya, veri veya bilgi paylaşımı. Ağdaki yetkili kullanıcı ağ üzerindeki diğer bilgisayarlardaki veri ve bilgilere ulaşabilir. Ağdaki bu bilgi ve verilere kolayca ulaşabilme seçeneği bir çok ağın önemli bir özelliğidir.
Yazılım paylaşımı. Ağa bağlı kullanıcı ağdaki uygulama programlarını uzaktaki bilgisayarlara kurabilir.

Bilgisayar ağları genel olarak üç grupta incelenir:

Yerel Bilgisayar Ağları (LAN, Local Area Networks)
Yüksek hızlı, küçük alanları (bir bina, bir firma,bir departman,bir oda) kapsayan bir veri ağıdır. Yerel ağ içinde bilgisayarlar, workstation, yazıcılar, çiziciler ve diğer çevre birimleri yer alabilir. LAN’lar bilgisayar kullanıcılarına uygulamalara ve cihazlara ulaşım, bağlı kullanıcılar arasında dosya değişimi, elektronik posta ve diğer uygulamalar yoluyla haberleşme gibi çeşitli avantajlar sağlarlar.
İntranet ve LAN birbirlerinden ayrı tutulamayan iki kavramdır. Eğer bir LAN şirket içinde kurulmuşsa ve şirket personeli tarafından kullanıma açık ise “intranet” adını alır. Bu ağ üzerinde www sunucu, ftp dosya sunucusu, veri tabanı sunucuları ve haber öbekleri bulunur.
Geniş Alan Bilgisayar Ağları (WAN, Wide Area Network)
Bir ülke ya da dünya çapında yüzlerce veya binlerce kilometre mesafeler arasında iletişimi sağlayan ağlardır. Coğrafi olarak birbirinden uzak yerlerdeki (şehirlerarası/ülkelerarası) bilgisayar sistemlerinin veya yerel bilgisayar ağlarının (LAN) birbirleri ile bağlanmasıyla oluşturulur. Genellikle kablo ya da uydular aracılığı ile uzak yerleşimlerle iletişimin kurulduğu bu ağlarda çok sayıda iş istasyonu kullanılır. WAN’ lar üzerinde on binlerce kullanıcı ve bilgisayar çalışabilir. Şirketinizin Ankara, İzmir ve İstanbul şubelerini bir WAN bağlantısı ile birleştirdiğinizde, Ankara’da bulunsanız bile İstanbul’daki bir makineyi tıpkı önündeymiş gibi yönetebilirsiniz.
Şehirsel Bilgisayar Ağları (MAN, Metropolitan Area Network)
LAN’ ın kapsadığı alandan daha geniş, fakat WAN’ ın kapsadığından daha dar mesafeler arası iletişimi sağlayan ağlardır. Genellikle şehir içi bilgisayar sistemlerinin birbirleriyle bağlanmasıyla oluşturulur.

Ağ Topolojileri:
Bir ağın yerleşimi kablolama sistemine ve makinelerin birbiriyle iletişim biçimine göre düzenlenir. Ağ içindeki bilgisayarların fiziksel düzenine ağın yerleşimi (topology) denir. Ancak ağın içinde yer alacak bir makinenin ağın düzenine uyum sağlamadan önce ağın içindeki sinyal alışverişine uyum sağlaması gerekir. Başlıca topoloji tipleri bus (doğrusal yerleşim), ring (halka yerleşim) ve star (yıldız) topolojilerdir.

Doğrusal yerleşim (bus): Doğrusal yerleşimde bir doğrusal hat üzerinde iş istasyonları ve hizmet birimi yer alır. Yaygın kullanılan Ethernet yerel bilgisayar ağı buna bir örnektir. Doğrusal hattın iki ucunda sonlandırıcı (terminatör) yer alır. İş istasyonları birer ağ arabirim kartı ile ağa bağlanırlar.
Halka yerleşim (ring): Halka biçimindeki ( ring/yüzük ) ağda iş istasyonları ve hizmet birimi bir daire oluşturacak biçimde yerleşirler. Halka ağlara "Token ring" ağlarda denir. Bu ağda "token " olarak adlandırılan bir bilgi birimi vardır. Bu bilgi ağ içinde sürekli döner özel denetim kodu ile iletişimi düzenler. İletime başlayan iş istasyonu önce bu bilginin kendine gelmesini bekler. Bu yöntem kablo üzerinde aynı anda iletişim yapılmasını önler.
Yıldız yerleşim (star): Yıldız (star) yerleşim biçimine ARCNET ağlar da denir. Bu yerleşim biçiminde iş istasyonları yıldız biçiminde dağılırlar. Yıldızın merkezinde bir hub veya switch, bunlara bağlı olan bütün noktaları birbirine bağlar. Kablonun bir ucu network adaptör kartına bağlı iken diğeri hub veya switche takılır. Ağın kontrolü bir noktadan yapılır ve her iş istasyonu ayrı kablo döşenir.

İletişim Protokolleri:
İletişim protokolleri ağ içinde bilgisayarların birbiriyle iletişimini düzenlemek için kullanılır. Protokoller farklı iletişim düzeylerini tanımlarlar. Yüksek düzeyde, uygulamaların nasıl iletişim kurduklarını tanımlarken, alt düzeyde kablo üzerinde sinyal alışverişi tanımlanır. İletişim protokollerinde diplomatik protokoller gibi her bir tarafın kendi kurallarına uyması esastır.
Ağ iletişiminin tümü protokollere dayanır. Bu kurallar bir mesajın, nasıl hazırlanacağını, gönderileceğini, iletişim kanalının nasıl düzenleneceğini ve yöneltileceğini tanımlar. Protokol standartları genellikle belli kurumlar ve komiteler tarafından yayınlanırlar. Örneğin Netware, Xenix standardına uyması gibi. Bu konuda ISO standartlarına uygun OSI (Open System Interconnectıon) protokolleri genellikle kabul görmüştür.
Aşağıdaki resimde OSI katmanları incelenirse iletişim protokolleri daha iyi anlaşılacaktır.

OSI standartları ağ iletişiminde belli aşamalarla tasarlanmıştır. Bu kurallar iletişimde bulunacak iki taraf içinde geçerlidir. Mesajı gönderecek olan mesajı paketler ve kablo aracılığıyla gönderir. Alıcı olan mesajı çözer ve alır. Ağ protokolleri bir merdivene benzer. Bilgi kablolar aracılığıyla merdivenden aşağıya gönderilir. Aynı şekilde karşılanır ve alınır. Uygulama katmanında kullanıcı uygulamasını diğer bilgisayar gönderir. Sunum katmanında karşı tarafın farklı yapısına göre sunuş yapılır. Oturum katmanında iki bilgisayar arasında veri alış verişi başlar. Konunun daha rahat anlaşılabilmesi için aşağıdaki resim incelenebilir.

Ağ Mimarileri:
Bilgisayarların birbirleri ile iletişiminin hangi hiyerarşik yapıda olacağını tanımlar.

Eş düzeyli (peer-to-peer): İki yada daha çok bilgisayarın, bir hizmet birimi ( server ) kavramı olmadan en basit biçimde birbirine bağlandığı ve bütün makinelerin kaynaklarının her iş istasyonu tarafından kullanılabildiği ağlardır. Bu çalışma biçiminde ağ içindeki bütün bilgisayarlar eşit düzeydedir. Yani aynı özellikte ve önceliktedir. Bir hizmet birimi ve iş istasyonu kavramı yoktur. Ağdaki her kullanıcı diğer bir kullanıcının kaynaklarına kolaylıkla erişebilmekte ve iletişimde bulunabilmektedir
Sunucu-İstemci (client-server): Sunucu-İstemci çalışma biçiminde ağın hizmet birimi bütün işlemleri yüklenir. Paylaşılan bütün kaynaklar hizmet biriminde yer alır. Hizmet birimi işlemleri hızlı bir şekilde yaparak iş istasyonuna sonuçları yollar. Böylece hızlı işletim sağlanır. Bunun aksi durum ise iş istasyonlarının işlemlerini kendi veri programlarını kendi belleğine yükleyerek kendi işlemcisiyle işlemesidir. Bu nedenle işlemlerin hızı iş istasyonunun performansına bağlı olacaktır.

Yukarıdaki mimarilerden hangisinin seçileceğine karar verilmeden önce yapılacak işlerin ne olduğu saptanmalıdır. Bir hizmet birimi ve müşteriler olarak tasarlanan ağ daha geniş bir ağdır. Büyük bir firma ve denetime gerek duyar. Eş düzeyli ağların ise kullanımı daha kolaydır. Bu ağlarla iki yada üç gibi az sayıda kullanıcının birbirine herhangi bir üstünlük kurmadan bağlanması söz konusudur.

Ağ Aygıtları:
Ağların birbirlerine bağlanmaları için belli aygıtlar kullanılır. Bu aygıtlar iki ağın iletişim biçimlerini uyumlu hale getirirler.

Repeater (yineleyici): İki yada daha fazla bilgisayar ağını birbirine bağlamak için kullanılan en kolay yol yineleyicilerdir. Bu aygıtlar ağın uzak yerleşimlere erişmesini sağlarlar. Uzun mesafelere kablolama gerekiyor ise zayıflayan sinyallerin güçlendirilmesi lazımdır ve bu aygıtlar bu noktada devreye girer. İşlevi ağ içindeki sinyalleri kuvvetlendirip diğer ağa taşımaktır. Yineleyiciler sayesinde daha uzak ağları birbirine bağlayabiliriz. Token Ring sistemlerinde ağa bağlı her iş istasyonu kendisine gelen paketi güçlendirdiği için yineleyicilere gerek duymazlar. Ethernet ağlarında ise en fazla 3 adet yineleyici kullanılabilir.
Bridge (köprü): İki ağı birleştirirler ve bilgi paketlerinin geçişini sağlarlar. Köprüler genel anlamda yineleyicilerin yaptığı işi yaparlar. Temel farkları, bir yineleyici kendisine gelen mesajı güçlendirir ve hedefe bakmadan doğrudan yollar. Köprüler ise eğer paket hedefine ulaşamayacaksa bu paketi göndermezler. Günümüzde performans isteyen LAN'larda bridge kullanılmamaktadır.
Router (Yönlendirici): Büyük ve değişik protokollere sahip bilgisayar ağlarını birleştirirler. Yönlendiriciler bir ağ üzerindeki tüm bilgisayarların adreslerini bilir ve buna göre kendilerine gelen paketi en uygun şekilde hedefe yollar. Yönlendiriciler genellikle dinamik yönlendirmeyi kullanır. Bunun anlamı kendisine gelen bir paketin tüm ağ taranarak en güvenli ve hızlı yolun denenmesidir. Verinin içeriğini inceler ve iletilmesi gerekmiyorsa iletmez. Eğer herhangi bir sorun çıkarsa, alternatif bir yol arayarak mutlaka paketi hedefine ulaştırmaya çalışırlar. Yönlendiriciler ağa bağlı özel bir araç veya ağa bağlı bir bilgisayar olabilirler.
Gateway (Geçit): Genellikle bir bilgisayarın başka bir ağa bağlanmasını sağlarlar. Geçitler ağların farklı iletişim protokollerine sahip ağlarla bağlanmasını sağlarlar. Örneğin bir geçit, Netware ağının IBM sistemine bağlanabilmesini sağlar. Kullanıcı geçit üzerinden o sisteme bağlanır ve kaynaklarını kullanır. Birçok ağın birleşmesinden oluşan büyük ağlarda, her bir ağ kendine özgü protokoller ve sistemler kullanmaktadır. Bu ağların birbirleri ile sorunsuz olarak anlaşabilmeleri için geçitler kullanılmaktadır. Geçitler, birbirlerinden tamamıyla farklı ağları birleştirirler. Halen daha pek çok farklı ağ sistemleri kullanılmakta olduğundan geçitlere büyük ihtiyaç duyulmaktadır.
Hub: Hub’lar star topoloji ağlarda merkezi bağlantı üniteleridir. Hub kendisine bağlanılan tüm node’ların birbirleri ile iletişim kurmasını sağlar. Node; bir network ekipmanı (hub veya switch gibi) ile haberleşebilen, server, printer, fax makinası vb. aygıtlardır. Hub’a bağlanılan her ekipmanın kendi güç kaynağı olduğu gibi hub’ında kendi güç kaynağı vardır. Hub üzerinde bulunan durum ışıkları ağ durumunu izlememizi ve arıza tespit işlemlerini kolaylaştırır. İkiden fazla hub birbirine bağlanabilir fakat Ethernet standartlarında bazı sınırlar vardır. Hub-Hub bağlantıları yerine switchlerden hub’lara gidilebilir, ve bu durum ağ performansını arttırır. 10 Mbps veya 100 Mbps ağlar için hub’lar bulunmaktadır.
Hub'lar yıldız topolojiye uygun olarak kendisine bağlanan cihazlar arasında iletişimi sağlarlar. Üzerinde genellikle 5 ila 32 bilgisayarın bağlanabileceği kadar iskele (port) bulunur. Ağ üzerindeki bilgisayarlar UTP türü kablo kullanarak huba bağlanırlar. Kullanılar kabloların uzunluğu 100 metreden fazla olamaz. Birden çok hub'ı birbirine bağlayarak (en fazla üç adet) ağınızı daha da genişletebilirsiniz.
Hub’ın görevi kendisine ulaşan sinyalleri alıp yine kendisine bağlı olan ağ ekipmanlarına dağıtmaktır. Hub bu işlem sırasında bir tekrarlayıcı görevi görür ve sinyali güçlendirir.
Switch: Switchler daha kompleks ve daha verimli hub’lardır. Büyük bir ağı segmentlere (parçalara) bölerek ağ performansını arttırır. Herhangi bir node’tan gelen verinin tüm ağa dağıtılması yerine istenilen node’a dağıtılmasını sağlar. Ağ durmunu izler, veriyi gönderip, iletim işleminin yapılıp yapılmadığını test eder. Bu özelliğe “store and forward” (depola ve ilet) denir.