Bilgisayar Ağları

Prof. Dr. Resul KARA

6. Bölüm: Veri Bağı Katmanı

6. Bölüm: Veri Bağı Katmanı

Veri Bağı Katmanı Görevleri

Veri Bağı Katmanı Protokolleri

Ağ Topolojileri

Ortam Erişimi

Fiziksel Adresleme ve MAC Adresleri

Çerçeve Oluşturma

Ethernet

Veri Bağı Katmanı Görevleri

Frame oluşturma

Hata bulma

Fiziksel adresleme

Ortam erişimi

Uygulama (Application)

Sunum (Presentation)

Oturum (Session)

Aktarım (Transport)

Ağ (Network)

Veri Bağı (Data Link)

Fiziksel (Physical)

7

6

5

4

3

2

1

Veri Bağı Katmanı Görevleri

Çerçeve oluşturma

VeriTCP veya UDP

BaşlığıIP Başlığı

Çerçeve Başlığı

Çerçeve Kuyruğu

Veri YüküÇerçeve Başlığı

Çerçeve Kuyruğu

Veri Bağı Katmanı Görevleri

Hata kontrolü

Çerçeve kuyruk alanı

Matematiksel kontrol kaynakta ve hedefte

Veri Bağı Katmanı Görevleri

Ortam erişimi

Ağa hangi cihaz erişecek

Ağın topolojilerinin erişime etkisi

Veri Bağı Katmanı Protokolleri

Yerel ağ protokolleri

Ethernet (IEEE 802.3)

Token-Ring (IEEE 802.5)

Kablosuz Ethernet (IEEE 802.11)

Fiber Dağıtık Veri Arayüzü (Fiber Distributed Data Interface-FDDI)

Veri Bağı Katmanı Protokolleri

Uzak ağ protokolleri

Noktadan noktaya protokolü (Point toPoint Protocol-PPP)

Yüksek seviyeli veri bağı kontrolü(High Level Data Link Control-HDLC)

Frame-Relay

ATM

Ağ Topolojileri

Ağın çizimi

Fiziksel topoloji ve mantıksal topoloji

Ağ Topolojileri

Fiziksel topoloji

Ağda bulunan cihaz ve bağlantıların çizilerek gösterimi

Noktadan noktaya (point-to-point) topoloji,

Yol (bus) topoloji,

Yıldız (star) topoloji,

Halka (ring) topoloji,

Ağaç (tree) topoloji

Ağ Topolojileri

Fiziksel topoloji

Halka (ring) topoloji

Yol (bus) topoloji

Noktadan noktaya topoloji

Ağ Topolojileri

Fiziksel topoloji

Ağaç (tree) topoloji

Yıldız (star) topoloji

Ağ Topolojileri

Mantıksal topoloji

Çerçevelerin izlediği yolun çizimi

Noktadan noktaya (point to point) mantıksal topoloji,

Çoklu erişim (yol) mantıkal topoloji,

Halka (ring) mantıksal topoloji

Ağ Topolojileri

Mantıksal topoloji

Halka (ring) topoloji

Yol (bus) topoloji

Noktadan noktaya topoloji

Ağ Topolojileri

Fiziksel-Mantıksal topoloji

Ethernet mantıksal topolojiEthernet fiziksel topoloji

Ortam ErişimiOrtam Erişimi

Paylaşılan Ortamlar Paylaşılmayan Ortamlar

Noktadan noktaya mantıksal topoloji• PPP• HDLC

Yarışma Esaslı Erişim Kontrollü Erişim

Mantıksal Yol Topoloji• Ethernet• WiFİ

Mantıksal Halka Topoloji• Token-Ring• FDDI

Ortam Erişimi

Kontrollü Erişim (Controlled Access)

Zamanlanmış erişim vardır

Bir host çerçeve gönderirken diğerleri onu bekler

Her host kendisine sıra gelmesini bekler

Ağda çerçeve çarpışması (collision) olmaz

Trafik ışığı olan kontrollü kavşak gibi

Ortam Erişimi

Kontrollü Erişim (Controlled Access)

A

B C

D

E

token

frame

Ortam Erişimi

Yarışma Esaslı Erişim (Contention basedAccess)

Zamanlama yoktur, her host öncelikli olarak ağa erişmeye çalışır.

Ortamda kaos oluşur, çarpışma olur.

Çarpışma anında ağ hiçbir host tarafından kullanılamaz

Trafik ışığı olmayan kontrolsüz kavşak gibi

Ortam Erişimi

Yarışma Esaslı Erişim (Contention basedAccess)-İyileştirmeler

Taşıyıcı Sezme Çoklu Erişim (Carrier Sense Multiple Access-CSMA) CSMA/CD (Collision Detection) Çarpışmayı

Algılama Kablolu Ethernet

CSMA/CA (Collision Avoidance) Çarpışmadan Kaçınma Kablosuz Ethernet

Fiziksel Adresleme ve MAC Adr.

Ethernet ve Token-Ring protokollerinde çerçeveler Ortam Erişim Kontrolü (MAC) adresi ile adreslenir

MAC adresleri 48 bit

Onaltılık sayı tabanında okunup yazılır

12 hane

Cihazların ROM’unda bulunur

Dünya üzerinde tekil

Fiziksel Adresleme ve MAC Adr.

İlk 24 bit OUI (Organizational UniqueIdentifier) numarası

Son 24 bit ürün numarası

Üç farklı gösterimden biri kullanılır.

01-03-A3-45-D4-AE

01:03:A3:45:D4:AE

0103.A345.D4AE

Fiziksel Adresleme ve MAC Adr.

Bilgisayarın MAC adresi görüntülenebilir

Windows işletim sisteminde MS-DOS kipinde

ipconfig /all

Linux ve MAC OS işletim sistemlerinde, terminal komut satırında

ifconfig arayüz_adı

Fiziksel Adresleme ve MAC Adr.

Çerçeve Oluşturma

Bütün veri bağı katmanı protokolleri çerçeve oluşturur

Başlık ve kuyruk içerir

VeriProtokol

Türü/UzunlukAdres

Çerçeve Başlangıcı

Çerçeve KuyruğuFCS | Çerçeve sonu

Çerçeve Oluşturma

Başlıkta tipik alanlar; Kaynak ve hedef fiziksel adresleri Frame önceliği veya servis kalitesi alanı Taşınan paketin protokol türü alanı (IP, IPX gibi) Mantıksal bağlantı kontrol alanı Fiziksel bağlantı kontrol alanı Akış kontrolü alanı Tıkanıklılık kontrolü alanı

Kuyrukta tipik alan; CRC veya FCS

Çerçeve Oluşturma

Ethernet Çerçevesi yapısı

Minimum Ethernet çerçevesi boyutu 64 Byte

Maksimum Ethernet çerçevesi boyutu 1518 Byte

Veri46-1500 Byte

Protokol Türü

2 Byte

Hedef MAC 6 Byte

Çerçeve Başlangıcı

8 Byte

FCS4 Byte

Kaynak MAC

6 Byte

Çerçeve Oluşturma

PPP Çerçevesi yapısı

Veri Boyutu sınırsız

VeriDeğişken

Protokol Türü

2 Byte

Adres1 Byte

Bayrak1 Byte

FCS2-4 Byte

Kontrol 1 Byte

Ethernet

OSI modelinin ilk iki katmanında

Veri bağı katmanını ikiye böler

MAC

LLCVeri Bağı

Fiziksel Ethernet

Ethernet

Ethernet 2. Katmanda (veri bağı katmanı);

Adresleme

Frame oluşturma

Ortam erişim kontrolü

Ethernet 1. Katmanda (fiziksel katman);

Kodlama

Sinyalleme

Ethernet

LLC alt katmanının görevleri; Üst katmanlarla iletişim Paketlerin çerçevelere dönüştürülmesi Ağ katmanındaki protokolün tanımlanması Alt katman fiziksel ekipmanlarına bağımlı işler

MAC alt katmanının iki önemli görevi; Verinin kapsüllenmesi: Çerçeve sınırlarının

belirlenmesi, MAC adresi ile adresleme ve hata kontrolü.

Ortam erişimi: CSMA/CD veya CSMA/CA mekanizmalarının işletilmesi, çarpışma yönetimi

Ethernet

Ethernetin Gelişimi 1970, Alohanet Alohanet + CSMA/CD 10Base5: Thicknet (500 metre, kalın

koaksiyel kablo) 10Base2: Thinnet (185 metre, ince

koaksiyel kablo) 10BaseT, 100 metre twisted pair kablo 1000Base ve 10GBase Ağlar, fiber optik kablo 40GBase

Ethernet

Ethernet çarpışma yönetimi 10BaseT, hub kullanılan ağlar

CSMA/CD’e göre aynı anda sadece bir host gönderi yapabilir İstasyon sayısı artınca, çarpışma oranı artar Kullanıcı başına düşen band genişliği azalır

Hublar, anahtar (switch) cihazları ile değiştirilerek performans artırılır

100BaseTX ağlarda anahtarlar, portlarını birbirinden izole ederek çerçevelerin ilgili portlarına gitmesini sağlar

Yeni ağ servisleri için 1000 Mbps Ethernet geliştirildi Kullanılan kablo fiber optik veya bükümlü çift kabloların fiziki

şartlarını iyileştirerek hız artırıldı Toplam kablo mesafeleri artırılarak gigabit bölü saniye (giga bit

per second) mertebesine ulaşıldı

Ethernet

Ethernet CSMA/CD

Her bir istasyon veri göndermek için hattı kontrol eder

Eğer boş değilse rastgele bir süre bekler tekrar kontrol eder

Eğer boşsa verisini gönderir

Eğer hatta çarpışma oluşursa;

Çerçeve iletimi kesilir.

Diğer istasyonları bilgilendirmek için çarpışma (Jam) sinyali gönderilir. (32-bit uzunluğunda tekrar eden 10 bitleri)

Geri çekilip bekleme (Back off) algoritması çalıştırılır

Back off algoritması her bir hostun iletimini kesip, rasgele bir süre beklemesini sağlar.

Ethernet

Ethernet Çarpışma Bölgesi (CollisionDomain) Ethernet protokolünde, bir hosttan çıkan

çerçevenin, ağdaki bir başka hosttan çıkan çerçeve ile çarpışması durumunda, çarpışmadan etkilenen ve beklemeye geçen bütün birimlerin oluşturduğu bölge.

Hub, bütün verileri bütün portlarına iletir Anahtar çarpışma verilerini portlarından

iletmez

Ethernet

Ethernet Çarpışma Bölgesi (CollisionDomain)

Ethernet

Ethernet Çarpışma Bölgesi (CollisionDomain)

Ethernet

Ethernet Anahtarları (Switch)

Veri bağı katmanında çalışır

MAC adresi içerir

Genel yayın paketlerini iletir, çarpışma bilgilerini iletmez

Her bir portuna atanmış (dedicated) band genişliği sağlar.

Çarpışmasız ortam sağlar

Full dubleks erişime izin verir

Seçimli iletim (Selective forwarding) gerçekleştirir

Üzerinde MAC adresi tablosu bulundurur, tabloyu kendisi öğrenip doldurabilir

Hedef hangi port üzerinde ise çerçeveyi sadece o porta anahtarlar

Ethernet

Ethernet Anahtarlama (MAC Adres) Tablosu

Üç sütunlu; Port numarası

Host MAC adresi

Öğrenme zamanı

Satırlar dinamik veya statik olarak oluşturulur

Dinamik öğrenme bir porttan alınan çerçevenin kaynak MAC adresinden yapılır

Öğrenme zamanı, dinamik kayıtların yaşlandırılmasında kullanılır

Ethernet

Ethernet Anahtarlama (MAC Adres) Tablosu

Port No MAC Adresi Öğrenme Zamanı

3 10:1A:34:23:98:12 13:37:23

7 0A:24:A1:87:D3:17 13:38:12

3 0B:21:86:C3:91:01 13:38:56

12 00:87:12:23:45:A3 13:39:34

Ethernet

Hub-Anahtar Karşılaştırması

Hub Anahtar

MAC adresi içermez MAC adresine sahiptir

Yönetilemez Yönetilebilir

OSI 1. Katmanda çalışır OSI 2. Katmanda çalışır

Portlar elektriksel olarak bağlıdır Portlar elektriksel olarak bağlı değildir,

gerektiğinde anahtarlanır

Çerçeve üzerinde herhangi bir işlem yapmaz Çerçeve üzerinde seçimli iletim yapar

MAC adres tablosu barındırmaz MAC adres tablosu içerir

Ethernet

Ethernet Anahtarlarda Anahtarlama Yöntemleri

Depola ve ilet (Store and forward)

Parçalanmasız iletim (Fragment free)

Parçalanma kontrolsüz doğrudan iletim (True cut through)

Ethernet

Ethernet Tekli/Çoklu/Genel Yayın Hab.

VeriTCP veya UDP Başlığı

Kaynak IP: 192.168.1.5Hedef IP: 192.168.1.10

Kaynak MAC:00:12:13:14:15:16Hedef MAC:11:22:33:44:55:66

FCS

Ethernet

Ethernet Tekli/Çoklu/Genel Yayın Hab.

VeriTCP veya UDP Başlığı

Kaynak IP: 192.168.1.5Hedef IP: 255.255.255.255

Kaynak MAC:00:12:13:14:15:16Hedef MAC:FF:FF:FF:FF:FF:FF

FCS

Ethernet

Ethernet Tekli/Çoklu/Genel Yayın Hab.

VeriTCP veya UDP Başlığı

K IP: 192.168.1.5H IP: 224.5.5.10

Kay MAC:00:12:13:14:15:16Hed MAC:01:00:5E:00:00:05

FCS

MAC Adres Çözümleme (ARP)

Adres çözümleme protokolü (AddressResolution Protocol-ARP), IP adresi bilinen hostların MAC adreslerinin bulunmasını sağlar

ARP protokolü, hedefe ait MAC’iöğrenebilmek için ARP istek (request) ve ARP cevap (reply) çerçevelerini kullanır

ARP istek ve cevap çerçeveleri, genel yayın yöntemiyle gönderilir

Hostlar ARP tablosu (ARP önbelleği) adı verilen tablolar tutarlar

MAC Adres Çözümleme (ARP)

ARP İşleyişi Bilgisayarın hedef MAC adresine ihtiyacı olduğunda ilk olarak

ARP ön belleğini kontrol eder. Aradığı MAC varsa ön belleğinden alıp kullanır.

Yoksa, genel yayın yöntemiyle ARP istek çerçevesi gönderir ARP istek paketi aynı ağdaki (genel yayın bölgesindeki) bütün

alıcılar tarafından alınır Eğer sorulan IP adresi ağdaki bilgisayarlardan biriyse,

bilgisayar MAC adresini içine yazdığı ARP cevap çerçevesini tüm ağa genel yayın yöntemiyle gönderir

Eğer sorulan IP adresi, uzak ağda bir hedefe ait ise, adresin sahibine ulaşamayacağı için, ağın ağ geçidi olan yönlendirici ara yüzü, kendi MAC adresini yazarak cevap verir. Bu işleme vekil (proxy) ARP denir

MAC Adres Çözümleme (ARP)

ARP İşleyişi

MAC Adres Çözümleme (ARP)

ARP Ön belleği görüntüleme

arp -a

Ethernet Zaman Kavramları

Gecikme (Latency): Paketin kaynaktan çıktıktan sonra, hedefe ulaşıncaya kadar geçen zaman

Bit zamanı (Bit time): 1 bitin gönderilmesi için geçen süre10 Mbps ethernette 1 bitin gönderim süresi 100 ns’dir.100 Mbps ethernette 1 bitin gönderim süresi 10 ns’dir.1000 Mbps ethernette 1 bitin gönderim süresi 1 ns’dir.

Slot zamanı (Slot time): İki Ethernet çerçevesinin başlangıcı arasında beklenmesi gereken süre veya çarpışmayı tespit etmek için beklenmesi gereken süre

Çerçeveler arası boşluk (Interframe spacing): Bir çerçevenin bitimi ile devamındaki çerçevenin başlangıcı arasındaki süre

Bölüm Özeti

Veri bağı katmanının görevleri

Veri bağı protokolleri

Mantıksal ve Fiziksel topoloji kavramları

Kontrollü ve yarışma esaslıortam erişimi

MAC adreslerinin yapısı

Çerçeve oluşturma

Ethernetin gelişimi, çarpışma yönetimi

Anahtar çalışma prensibi, hub/anahtar karşılaştırması

ARP protokolü ile MAC adresi çözümleme

Ethernette zaman kavramları