Ağ Sistemleri

Ağ katmanı osi başvuru modelinde 3. katmandır.
Görevi ağ üzerinden aktarılacak veri paketlerinin göndericiden alıcısına ulaşana kadar ağdaki çeşitli düğümler (router,gateway) üzerinden geçirip yönlerdirmektir.

Ağ katmanı düzeyinde aktarılan veri bloklarına paket adı verilir.
Bir paket hem üst katmandan gelen bilgi bloğunu hemde ağ katmanı için gerekli kontrol ve adres bilgilerini içerir.

Ağlar arası yönlendirme,tıkanma kontrolu,mantıksal adreslerden fiziksel adreslere dönüşüm,yönlendirme cihazları arasında mesaj aktarımı ve kullanıcılar tarafından gönderilen paketlerin sayımı gibi bir cok görev ağ katmanında yerine getirilir.

Bu bölümde ağ katmanı aşağıdaki başlıklar altında ele alınacaktır
1. Baglantı durumuna göre yönlerdirme
2. Yönlendirme algoritmaları
3. Tıkanma
4. Çoklu gönderim ve yayın
5. İnternet ağ katmanı protokolü IP paket formatı

BAĞLANTI DURUMUNA GÖRE YÖNLENDİRME

1. Bağlantısız Düzenli Hizmet
Ağa giren her paket önceki paketlerden bağımsız olarak değerlendirilir ve ağın o anki koşullarına göre alıcısına en uygun yoldan ulaştırılır.
Bu yaklaşımda ağ katmanının üst katmana sunduğu hizmet şekline bağlantısız(connektionless) Düzenli hizmet denir.
Bağlantısız sözcüğü,gönderici ile alıcı arasında iletişim süresince kalıcı bir bağlantı oluşturulmamasını ifade etmektedir.Bu düzende göndericiden alıcıya yollanan paketlere DATAGRAM denir.

2.Bağlantıya Yönelik Hizmet
Gönderici gerçek iletişim başlamadan önce alıcıya özel bir paket gönderir.Bu paketin ağ üzerinde izlediği yörünge tüm ara düğümlerin veri tabanlarına geçirilir.Bu yörüngeye görüntü
devre(virtual circuit) denir.Alıcı bu isteğe olumlu veya olumsuz bir yanıt paketi gönderir.

Bağlantı kurma istek paketi ve bunun yanıtı olan pakette, gelecekteki iletişimin üzerinde pazarlık yapılan parametreleride bulunur.Bu parametrelere topluca “Hizmet Kalitesi” denir.

Bağlantı kurmak isteyen taraf istediği hizmet kalitesini belirtir bu parametrelerin bazıları ağ yönetim düğümleri tarafından doldurulabilir veya değeri düşürülebilir.Alıcı sağlayabildiği hizmet kalitesini yanıtında bildirir.

Sonuç olarak baglantıyı başlatan tarafa gelen yanıt paketinin sağlanabilen hizmet kalitesi alanı,ağın ve karşı uçtaki makinanın beraberce karşılayabildiği bir kaliteyi belirtir.

Bağlantı kurmak isteyen taraf bu kaliteden memnun değilse bağlantı koparma paketi göndererek bağlantıyı kurmaz; memnunsa asıl veri paketini göndermeye başlar.

Bağlantıya yönelik hizmette paketlerin tamamı üretildikleri sıraya göre görüntü devre üzerinde geçerler.Bu nedenle paketler alıcıya her zaman gönderildikleri sırayla uygun olarak ulaşırlar.Bu yaklaşımda ağ katmanının üst katmana sunduğu hizmet şekline Bağlantılı Düzenli Hizmet denir.

Bu yaklaşımın günümüzdeki tipik örneği asenkron akt,asenkronarım modu ağı ve x.25 paket ağıdır.

HİZMETLERİ KARŞILAŞTIRMA

ÖZELLİK
BAĞLANTISIZ
BAGLANTILI
Alıcı ve gönderici adresleri
Her pakette var
Yalnızca bağlantı kurma istek paketlerinde var.
Paket teslim düzeni
Sırasız
Gönderildiği sırada
Yönlendiricilerde hata denetimi
Yok
Var
Yönlendiricilerde akış denetimi
yok
var
Hizmet kalitesi pazarlığı
Yok
Var
Adresleme
Her pakette alıcı ve gönderici adresleri var.
Paketlerde kurulan görüntü devre numaraları yer alır
Yönlendirme
Her paket ağın o anki topolojisine ve trafik yoğunluna göre yönlendirilir.
Paketler daha önce belirlenen görüntü devre yörüngesini izler.
Düğümün bozulması
Bozulan düğümün elindeki paketler yok olur.
Düğümün üzerinde olduğu tüm görüntü devreler kopar.
Tıkanma
Denetimi yok
Görüntü devre kurulurken hizmet kalitesi isterler,e uygun bir tampon bellek ayrılır.
Ağ katmanı karmaşıklığı
Fazla değil
Fazla

GÖRÜNTÜ DEVRELERİNİN NUMARALANDIRILMASI

Gönderici,gerçek iletişim başlamadan önce alıcıya özel bir paket gönderir.(Bağlantı kurma istek paketi)Bu paketin, ağ üzerinde izlediği yörünge,tüm ara düğümlerin veri tabanlarına geçirilir.Bu yörüngeye “GÖRÜNTÜ DEVRE” denir.
Bağlantı kurma istek paketinin içinde, varış ve kaynak adreslerinin yanı sıra görüntü devre numarası adı verilen alanda vardır.Buradaki değer görüntü devre kurulduktan sonra, o devre üzerinden yollanan her veri paketinin içine yerleşir.

Böylece ara düğümler veri paketinin hangi görüntü devreye ait olduğunu dolayısıyla hangi uçtan gönderilmesi gerektiğini belirleyebilirler.Görüntü devre numarası düğümler arasında farklı farklı değerler taşıyabilirler.

Her düğümde o düğümde başlayan, biten yada geçen herbir görüntü devrenin hangi komşu düğümden geldiği ve hangi komşu düğüme gideceğini gösteren bir kayıt tablo düzeninde tutulur.

Görüntü devreler cift yönlüdür paketler her iki yöndede giderken aynı görüntü devre numaralarını taşır.

Görüntü devre kapatıldığında düğümler ilgili kaydı siler ve ilerde,açığa çıkan bu numaraları tekrar kullanabilirler.

Bağlantıyı koparmak için iki uçtaki makinalardan biri diğerine özel bir paket gönderir(Bağlantı Koparma Paketi)karşı uçta bunu anladığını belirten bir paketi diğerine yollar.Bu paketin üzerinden geçtiği tüm ara düğümlerde ilgili görüntü devreyi kayıtlarından çıkarırlar.

YÖNLENDİRME ALGORİTMALARI

Ağ katmanının temel işlevi YÖNLENDİRMEDİR.Yönlendirme,bir düğümün alıcı adresi belli olan bir paketi en uygun komşusuna geçirme mekanizmasıdır.
Bağlantılı düzende çalışan bir ağda bu mekanizma, görüntü devre kurulurken en uygun komşuyu belirler ve veri paketleri hep aynı yörüngeden ilerler
Bağlantısız düzenli çalışan ağlarda bu mekanizma,her gelen pakette yeniden karar verir.Yönlendirme algoritmaları STATİK VE DİNAMİK olarak 2 sınıfa ayrılırlar.

Statik Algoritmalar

Ağ işletime alınmadan önce, yönlendirme bilgisi cihazlar üzerindeki yönlendirme tablolarına girilir ve değiştirilmediği sürece sabit kalır.
Örneğin en iyi yönlendirme kriteri için minumum iletim süresi göz önüne alınacaksa,ağın işletiminden önce her bir yöndeki iletim süresi hesaplanmalı ve yönlendirme algoritması iki uç arasında en kısa sürede iletimi gerçekleştiren yolları belirlemelidir.
STATİK YÖNLENDİRME İÇİN ÖRNEK AĞ

Adaptif Algoritmalar
Düğümler ağ topolojisindeki değişikleri ve trafik yogunluğunu izleyerek ağın o anki durumuna göre karar verirler bu yapıda düğümler periyodik olarak kendi durumlarını belirten durum paketlerini komşularına geçirirler ve kendi yönlendirme tablolarını belirli aralıklarla güncellerler.
Tabloların adaptif özelliği geçici tıkanma sorunlarını kendiliğinden çözebilmektedir.
Adaptif yönlendirme algoritmaları merkezi ve dağılmış denetimli olarak iki sınıfa ayrılır.
Yönlendirme algoritması merkezi denetimli bir ağda, tek bir ağ denetim düğümünde koşar.Bu düğüm, durum paketleriyle gelen bilgiyi kullanarak yönlendirme algoritmalarını koşturur ve her bir düğüme yönlendirme tablolarında yapması gerekn güncellemeleri haber verir.
Dağılmış denetimli bir ağda ise, her bir düğüm komşu düğümden gelen durum paketlerini veri olarak kullanan bir algoritma koşturur ve bunun sonucunda yalnızca kendi tablolarını günceller.

ALICISINA ULAŞMAYAN PAKETLERİN YOK EDİLMESİDatagramların adaptif bir yönlendirme algoritması kullanılan bir ağda alıcısını kaybetme olasılığı vardır.
Çünkü her datagram alıcısına giderken ağın o anki durumuna göre farklı yollar izleyebilir ve bu arada bazı datagramlar alıcısından cok uzağa sürüklenebilirler.Bu datagramların yok edilmesi gerekir.Bunun için her datagramın başlığında zaman damgası yada yaşam süresi (time to live) olarak anılan bir alan ayrılmıştır.
Zaman damgası kullanıldığında datagram ilk üretilirken saat değeri bu alana yazılır.Her düğüm datagram kendisinden geçerken kendi saatiyle datagramdaki değeri karşılaştırır.Eğer bir zaman aşımı süresi içinde datagram alıcısına ulaşamamışsa bunu belirleyen aradaki bir düğüm datagramı çöpe atar.

TIKANMA CONGESTION

Ağ üzerindeki bir aktarım ortamında veya ağ cihazlarının herhangi bir portu üzerinde cok fazla sayıda paketin bulunmasına TIKANMA denir.
Tıkanma durumunda ağa giren paket sayısı arttıkça, alıcısına ulaştırılabilen paketlerin sayısı hızla düşmeye başlar.
Tıkanma oluşan nokta ağ için önemli durumdaysa, ağın tüm performansı düşer.Bu nedenle ağ içinde, anahat konumunda bulunan üretim ortamları üzerinde tıkanma olusmaması için önlemler alınmalıdır.
Düğümlerde belirli bir doluluk oranına ulaşıldığında, gelen yeni paketlerin cöpe atılması.
Düğümlerde belirli bir doluluk oranına ulaşıldığında,düğümlerin göndericiye paket üretim hızını düşürmesini isteyen özel paketler göndermeleri
Her düğümün birim sürede ağa sokabileceği paket sayısının belirli bir değerle sınırlandırılması.Düğüme üst katmandan gelen istekler bu değerden fazlaysa artan istekler bir tamponda bekletilir.(tampon bellek dolduğunda o andan sonra gelen paketler reddedilir.)Böylece ağda dolaşan paket sırası sınırlandırılmış olur.Bu yönteme “Delik Kova” yöntemi denir.

ÇOKLU GÖNDERİM VE YAYIN(MULTİCAST-BROADCAST)

Çoklu Gönderim(multicast):Bir paketin bir göndericiden belirli bir grup içine giren tüm alıcılara gönderilmesidir.

Yayın(Broadcast):Bir paketin ağdaki tüm alıcılara gönderilmesidir.

Bazı yayın algoritmaları aşağıda verilmişdir;

• Paket ayrı ayrı her alıcıya gönderilir.
• Her düğüm gelen paketi geldiği bağlantı dışındaki tüm bağlantıları kopyalar. (Taşkın-flooading algoritması)
• Kökünde göndericinin bulunduğu bir kapsayan ağaç(spaning tree) üzerinde paketler alt yapraklara dogru gönderilir.Bunun için kapsayan ağaç topolojisinin tüm düğmelere kaydedilmiş olması gerekir.

İNTERNET AĞ KATMANI PROTOKOLÜ-IP

İnternet cok sayıda ağın birbirine bağlı olduğu ağlar topluluğudur.

Ağ üzerindeki yüksek band genişlikli hatlardan ve hızlı yönlendiricilerden oluşan bir dizi omurga bulunmaktadır.

Bu omurgalara bölgesel ve ulusal ağlar bağlıdır.

Bölgesel ağlarda üniversitelerin,şirketlerin kurumların Lanları bağlanmıştır.Bu ağları birbirine bağlayan bir ağ katmanı protokolü olan internet protokolüdür(IP)

IP herhangi bir zaman kısıtlaması olmaksızın ağ kaynaklarının el verdiği ölçüde datagram aktarımını amaçlar.

IP’nin üzerindeki ulaşım katmanı üst katmandan gelen veri kotarlarını 64 KB uzunlugunu aşmayan datagramlara bölerek IP ye teslim eder.

Datagramlar internet üzerinde yol alırken daha küçük datagramlara bölünme durumunda kalabilirler son alıcıda fragmentler(datagramlar) birleştirilerek orijinal datagram elde edilir ve bu datagram ulaşım katmanına ordanda onun üst katmanına geçirilir.

İNTERNET PROTOKOLÜ PAKET FORMATI

Ip yazılımı gelen datagramın sürüm(version) alanındaki değer kendi sürüm alanındaki değere eşitse datagramı değerlendirir.Aksi halde çöpe atar.

Datagram internet protokolünce tanımlanan paket formatıdır.
İnternet protokolü datagramların varış adreslerini kontrol ederek iletir.

Yerel bir ağda paket direk olarak varış noktasına iletilebilir aksi halde farklı ağa gönderilmek üzere bir geçit yoluna verilir.

Geçit yolları farklı fiziksel ağlar arasında paket anahtarlama yaparlar.
Hangi geçit yolunun kullanılacağına dair karar verme işlemine YÖNLENDİRME denir.
Ip her datagram için tek tek yönlendirme yapar.
Yönlendirici (router) cihazları fonksiyonları itibariyle GEÇİT YOLU olarak isimlendirilir.
–
SÜRÜM IHL HİZMET TÜRÜ TOPLAM UZUNLUK
TANITICI DF

MF

FRAGMENT
KAYIKLIĞI
TTL PROTOKOL BAŞLIK TOPLAMA
SINAMASI
GÖNDERİCİ ADRESİ
ALICI ADRESİ
SEÇENEKLER
ULAŞIM KATMANINDAN GELEN VERİ


IHL(IP Başlık uzunluğu):Başlık alanının kaç adet 32 bitlik sözcükten oluştuğunu gösterir.(en az 5 en çok 15)

HİZMET TÜRÜ: Göndericinin ağdan beklediği güvenilirlik,hız ve gecikmenin düzeyini belirtir.Ancak bu alanı mevcut yönlendiricilerin pek azı değerlendirmektedir.

TOPLAM UZUNLUK: Başlık ve veri birlikte datagram uzunluğu gösterir.

TANITICIDAKİ alıcı,fragmentleri birleştirmek için kullanılır aynı datagramın bütün fragmentlerinin tanıtıcı değeri birbirlerinin aynıdır.
DF(Dont Fragment): Bir datagramın son fragmenti dışındaki tüm fragmentlerinde mf=1 dir.
FRAGMENT KAYIKLIĞI: 8 b’lik birimler halinde fragmentin datagramın içindeki konumunu gösterir

TTL(Time To Live): Datagramın alıcısına belirli bir süre içinde ulaşmaması durumunda yok edilmesini sağlayan bir alandır.TTL alanına başlangıçta 255 veya daha küçük bir tamsayı yerleştirilir.
Her yönlendiricide bu alandaki değer 1 eksiltilir ayrıca yönlendiricide paket bir bekleme kuyruguna alınırsa her geçen saniye TTL alanındaki sayı 1 eksiltilir.Sayı 0’a ulaşırsa paket cöpe atılır.Çöpe Atan yönlendirici kayanağa bir uyarı paketi gönderir.

PROTOKOL ALANI: IP’nin üst katmanı olan ulaşım katmanında hangi internet protokolunun yürütüldüğünü gösterir.

BAŞLIK TOPLAMA SINAMASI: Başlıkda bir bozulma olup olmadığını belirlemeye yarar.Her yönlendiricide bu alandaki değer kullanılarak datagramın bozulup bozulmadığı araştırılır.
Sonuç olumlu ise paket bir sonraki yönlendiriciye gönderilir.Bu arada başlıktaki bazı değerlerle birlikte bu alandaki değer de gönderilen pakette yeniden hesaplanır.
Yöntem yalnızca başlıktaki hataları acıga cıkardığı için ulaşım katmanının verideki, muhtemel bozuklukları yakalayacak önlemler alması gerekir.

GÖNDERİCİ VE ALICI ADRESLERİ:32 bit uzunluğunda adreslerdir.(IPV6 protokolünde 128 bit)

SEÇENEKLER:Alanında güvenlik, izlenecek yörünge,yönlendiricileri numaraları ve gerçek zaman saatlerini datagrama eklemeleri için uyarı gibi bazı ek bilgiler bulunmaktadır.