ETHERNET
Ethernet Temelleri
İki ya da daha fazla sayıda bilgisayarın birbirleri ile bağlantı yapmasına Bilgisayar Ağı denir. Ethernet bilgisayarlar arasında bir ağ oluşturmaya yarayan yöntemdir. Şu anda dünyada bilgisayar ağı oluşturmada en çok kullanılan bir LAN teknolojisidir. Ethernet yalnız başına bir teknoloji değil bir teknoloji ailesidir. Ethernet sadece bir teknoloji değil, hızlı ethernet, gigabit ethernet gibi alt teknoloji gruplarını içeren bir teknoloji ailesidir.
Ethernete Giriş
İnternetteki trafiğin çoğu ethernet bağlantılarından dolayı meydana gelir. 1970’lerin başından beri, her geçen gün yüksek hızlı ağlar gelişmeye başladı. Fiber optik gibi yeni medya tipleri bulunduğunda ethernet yüksek bant genişliği ve düşük hata oranına kavuşmuş oldu. Bu teknoloji 1973’te 3 Mbps veri taşırken şimdi bu hız 10 Gbps olmuş durumda.
Ethernet’in tipik özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir.
Ø - Basitlik
Ø - Düşük Fiyat
Ø - Uyumluluk
Ø - Adresleme Esnekliği
Ø - Bütün İstasyonlara Eşit Haklar
Ø - Yüksek Hız
Ø - Bakıma Uygun Olma
Ethernet Çeşitleri:
Ø - Ethernet(3 Mbps, 5 Mbps, 10 Mbps)
Ø - Fast Ethernet (100 Mbps)
Ø - Gigabit Ethernet (1 Gbps)
Ø - 10 Gigabit Ethernet (10 Gbps)
IEEE 802.x Standardı
İlk ağ, ethernetin orijinal versiyonuydu.30 yıl önce “Xerox” firması çalışanları ve Robert Metcalfe tarafından tasarlanmıştı. İlk ethernet standardı 1980 de Digital Equipment Company, Intel ve Xerox (DIX) firmalarının oluşturduğu konsorsiyum tarafından yayınlandı. Bu standardı kullanan ilk üründe 1980’inin başlarında satıldı. Ethernet iletimi koaksiyel kablo tarafından yapılıyordu.
IEEE 802 Kategorisi
802.1 Internetworking-Üst katman LAN protokolleri.
802.2 Logical Link Control
802.3 CSMA/CD
802.4 Token Bus LAN
802.5 Token Ring LAN
802.6 MAN (Metropolitan Area Network)
802.7 Broadband Technical Advisory Group
802.8 Fiber-Optic Technical Advisory Group
802.9 Integrated Voice/Data Networks
802.10 Network Güvenliği
802.11 Kablosuz Network
802.12 Demand Priority Access LAN, 100BaseVG-AnyLAN
802.13 Kullanılmıyor.
802.14 Cable Modem
Ethernet ve OSI Modeli
OSI referans modelinde, iki bilgisayar sistemi arasında yapılacak olan iletişim problemini çözmek için 7 katmanlı bir ağ sistemi önerilmiştir. Bir başka deyişle bu temel problem 7 adet küçük probleme parçalanmış ve her bir problem için ayrı ayrı bir çözüm yaratılmaya çalışılmıştır. Bu 7 katmanın en altında yer alan iki katman yazılım ve donanım, üstteki beş katman ise genelde yazılım yolu ile çözülmüştür.
OSI katmanlarının tanımlanan temel görevleri:
7- Uygulama
Kullanıcıya en yakın olan katmandır. Spreadsheet (Hesap tablosu programları) , kelime işlemci, banka terminali programları vs. bu katmanın parçalarıdır.
6-Sunum
Bu katmanda gelen paketler bilgi haline dönüştürülür. Bilginin karakter set çevrimi veya değiştirilmesi, şifreleme vs. görevlerini bu katman üstlenir.
5- Oturum
İki bilgisayar üzerindeki uygulamaların birbirini farkettiği katmandır.
4- Taşıma
Bu katman gelen bilginin doğruluğunu kontrol eder. Bilginin taşınması esnasında oluşan hataları yakalar ve bunları düzeltmek için çalışır.
3-Ağ
Bağlantıyı sağlayan ve ulaşılmak istenen bilgisayara giden yolu bulan katmandır. Yönlendirme protokolleri bu katmanda çalışır.
2-Veri iletim
Bu katman fiziksel katmana ulaşım stratejisini belirler. Fiziksel adresleme, ağ topolojisi, akış kontrolü vs. bu katmanın görevlerindendir. Köprü cihazları bu katmanda çalışır.
1- Fiziksel
Bu katman ağın elektriksel ve mekanik karakteristiklerini belirler. Modülasyon teknikleri, çalışma voltajı, frekansı vs. bu katmanın temel özelliklerindendir. OSI referans modeli bir ağ uygulaması değildir. OSI sadece her katmanın görevini tüm detayları ile tanımlar. Bu modeli bir gemi ya da ev projesine benzetebiliriz. Nasıl ayni gemi planını alıp farklı firmalar gemi yapabilirse OSI modeli de böyledir. Nasıl ayni gemi planından iki farklı firma gemi ürettiğinde en azından kullanılan çiviler farklı yerlere çakılabiliyorsa, OSI modeli de gerçekleştiren firmadan firmaya farklılık gösterebilir.
Ethernet İşlemi
MAC Adresi
Ethernet ağlarında her bilgisayarı tek bir adresi vardır. Buna node denir. Ethernet ağında bu bilgi 48-bitlik MAC adresidir. Her network kartı (network adaptör) tek bir MAC adresine sahiptir. 48-bitlik adres bilgisi 2^48 (281,474,976,710,656) olası adres bilgisinin oluşturulmasını sağlar. Bunun diğer bir anlamı da bir Ethernet ağında 281 trilyon makine bulunabilir.
Ethernet zamanlama
Ethernet işleminin bazı hızlı fiziksel katmanını gerçekleştirmesine rağmen o kadar karmaşık temel kuralları ve belirlemeleri yoktur. Temelin basit olmasına rağmen, ethernette bir problem oluştuğunda bu problemi kaynaktan izole etmesi oldukça zordur. Çünkü yaygın olan ethernet mimarisi, uzak noktadaki tek bir hatayı bile algılamaya ve bu hatayı bütün aygıt kümelerine bildirmeye göre kurulmuştur. Tekrarlayıcıların kullanıldığı durumlarda bu olay dört segmentteki aygıtların hepsine kadar uzanır. Ethernet ağının üzerindeki bir istasyon bir veri göndermek istediğinde başka istasyonun veri göndermediğinden emin olmak için ilk önce hattı dinler. Eğer kablo sessiz ise istasyon hemen iletime başlar. Elektrik sinyallerinin kablo üzerinde yol alması gecikmeye neden olur ve her tekrarlayıcı sonunda diğer porta gidene kadar bir gecikme süresi olur. Gecikme olduğunda dolayı birbirine yakın zamanlarda gönderilen veriler çarpışmaya sebep olabilir. Eğer eklenmiş olan istasyon tam çift yönlü çalışırsa anı anda veri iletebilir ve alabilir. Bu da çarpışmayı engeller. Tam çift yönlü iletim işlemi aynı zamanda zamanlama durumunu ve slot zamanının içeriğini de değiştirir. Tam çift yönlü iletim işlemi daha büyük ağ tasarımına izin verir. Çünkü çarpışma olmadığı için bir zaman sınırlaması yoktur. Yarı çift yönlünde, çarpışmanın olmadığını varsayarsak, önsöz olarak bilinen zamanlama senkronizasyonunu 64 bit olarak iletebilir. Gönderen istasyon daha sonra şu bilgileri iletir:
• Hedef ve MAC adres bilgisi
• Diğer kesin başlık bilgileri
• Gerçek yaralı yük verisi
• Mesajın kesilip kesilmediğini söylemede kullanılan FCS
Çarpışma çeşitleri
Çarpışmalar genellikle iki ethernet istasyonunun aynı anda iletim yapmasından olur. Tekil çarpışma bir çerçeveyi gönderirken çarpışma olan fakat daha sonraki çerçeveyi gönderen bir çarpışma tipidir. Çoklu çarpışma başarılı iletim olamadan önce aynı çerçevenin sürekli ve tekrarlı bir şekilde çarpışmasıdır. Üç çeşit çarpışma vardır ;
Ø • Yerel
Ø • Uzak
Ø • Gecikmeli
Ethernet hataları
Tipik hataları bilmek ethernet ağlarını çok iyi anlamaya ve sorunlarını gidermeye yetmez.
Aşağıdakiler ethernet hatalarının kaynaklarıdır:
Ø • Çakışma – eşanlı iletim slot zamanı geçilmeden önce oluşur.
Ø • Geç çakışma – eşanlı iletim slot zamanı geçildikten sonra oluşur.
Ø • Anlaşılmazlık, uzun çerçeve ve menzil hataları – illegal olarak uzun iletim
Ø • Kısa çerçeve – illegal olarak kısa iletim
Ø • FCS hatası – kesilmiş iletim
Ø • Hizalama hatası – iletilen bitlerdeki yetersiz sayı
Ø • Menzil hatası – rapor edilen çerçevenin oktet numarasının tutmaması
Ø • Hayalet veya anlaşmazlık – nadiren görülen uzun başlama veya sıkışma olayları
Ethernet Teknolojileri
Genel Bakış
Ethernet diğer ağ teknolojilerine oranla çok daha kolay bağlandığı ve kuruluğu için en fazla başarılı olan yerel ağ teknolojisidir. Ayrıca ethernet ihtiyaçlara ve yeni medya gereksinimlerine çabuk bir şekilde ayak uydurabilip yeni özellik kazanma konusunda çok esnek olduğu için de tercih edilir. Bu kısım ethernetin en önemli özelliklerini açıklayacaktır. Amaç ethernetin tüm tiplerini ayrıntılı olarak anlatmak değil sadece ethernetin yaygın formlarının gelişimini anlatmaktır. Ethernetteki değişim 1980’lerin başında 10Mbps'lik ethernetin geliştirilmesiyle sonuçlandı.
10 Ethernet
10 Mbps ethernet 1995’te IEEE'nin 100Mbps’lik hızlı etherneti açıklayana kadar standart olarak kabul ediliyordu. Son yıllardaki iletimdeki hız artışı, hızlı etherneti de gündeme getirmiştir.
10 Mbps Ethernet
10BASE5 10BASE2 ve 10BASE-t ethernetleri Legacy ethernetleri olarak ele alınır. Legacy ethernetlerin dört tane özelliği zamanlama parametresi, çerçeve formatı iletim işlemi ve temel tasarım kurallarıdır.
10BASE5, 10BASE2 ve 10BASE- T aynı zamanlama parametrelerini paylaşırlar.
10BASE5, 10BASE2 ve 10BASE- T aynı çerçeve formatlarını da sahiptirler.
10BASE5
Orijinal olarak 10BASE5 iletiminin çıkışı verinin koaksiyel kablo üzerindeki veri yolundan üretilmemiştir. 10BASE5 önemlidir, çünkü ethernette kullanılan ilk medyadır. 10BASE5 802.3 standardının orijinal bir parçasıydı. 10BASE5 in ilk ve en büyük yararı uzun olmasıydı. Bugün, belki Legacy kurulumları bulunabilir fakat yeni kurulumlar için önerilmez. 10BASE5 sistemi, kablodaki sistem sinyalini yansıtacak kadar hassas bir ağ ara yüz kartının bulunmasının zor olduğu fakat ucuz ve ayarlama yapılmasının gerek olmadığı bir sistemdir. maksimum veri transferi 10Mbps tir
10BASE2
10BASE2 1985 yılında açıklandı, kurulumu ölçüleri, ağırlığı daha küçük olduğu için ve daha esnek olabildiği için daha kolaydı. Hala legacy ağ içerir. 10BASE5 gibi 10BASE2'nin de bugünlerde kurulması önerilmez. Düşük maliyetli bir sistemdir ve çoklayıcı eksikliği vardır. Yine bu medyaları sağlamak için ağ ara yüz kartı bulmak zordur.
Ve en fazla iletim hızı 10Mbps tir. 10BASE2 kesimlerinde bireysel olarak 30 istasyon bulunabilir. Ard arda seri olarak beş istasyon bağlanabilir ve bunlara sadece üçer tane istasyon eklenebilir
10BASE-T
10BASE-T 1990 yılında açıklandı. 10BASE-T koaksiyel kablodan daha ucuz ve kurulumu daha kolay olan UTP kablo kullanır. Kablo paylaştırılmış veri yolu içeren merkezi bir bağlantı aygıtına takılır. Bu alet çoklayıcıdır. Çoklayıcı bilgisayarlara veri yayan merkezi bir alettir. Bu yıldız topolojisiyle açıklanır. 10BASE-T aslında yarı-dubleks protokolüdür fakat daha sonra tam-duble özellikleri de eklenmiştir. Ethernetin popülaritesinin patlaması 1980 ortalarında ethernetin yerel ağlar için önemli bir teknoloji olmasından sonra olmuştur. 10BASE-T de Manchester kodlamasını kullanır. 10BASE-T kablosu maksimum 90 metre uzunluğunda olan UTP kablolarına sahiptir. UTP kablosu 8-pin RJ-45 bağlayıcı kullanır. Kategori 3 kabloları 10BASE-T için elverişli olmasına rağmen, kategori 5e veya daha iyi kablo çeşitleri önerilir. Kablonun içindeki tellerin 4 çifti de T568-A veya T568-B pin çıkışına uygun malzemelerle kullanılmalıdır. Bu tip kabloların döşenmesiyle, aynı zamanda tekrar kablo çekme zahmeti göstermeden çoklu protokolleri de destekler oldu. Şekil 10BASE-T bağlantılarının pin çıkışlarının düzenlenmesini göstermektedir. Alıcı taraftaki verici kablo çifti eklenen aygıtın alıcı tarafına takılır. Yarı-dubleks veya tam-dubleks ayarlama seçimine bağlıdır. 10BASE-T yarı-dublekste 10 Mbps taşır, tam-dublekste 20 Mbps taşır.
Resim 1.8: RJ-45 bağlantı şekilleri
10 Mbps Ethernet kablolama ve mimarisi
10BASE-T bağlantıları genellikle çoklayıcı ve anahtarlamalı çoklayıcı ile istasyon arasındaki bağlantıyı içerir. Çoklayıcılar çok portlu tekrarlayıcılardır ve iki uzak istasyon arasındaki tekrarlayıcıların üzerinde limitleri sayar
100-Mbps Ethernet
100Mbps ethernet hızlı ethernet olarak ta bilinir. İki önemli teknoloji olan 100BASE-TX ve 100BASE-FX ten ilki, bakır tabanlı UTP medyasından ikincisi ise çok modlu fiber optik medyadan 100BASE-TX ve 100BASE-FX in önemli üç karakteristiği, zamanlama parametresi, çerçeve formatı ve iletim işleminin parçalarıdır
100BASE-TX
1995’te 100BASE-TX ticari olarak başarıya ulaşmış, kategori 5 UTP kablosunu kullanan bir standarttı. Orijinal koaksiyel ethernet yarı-dubleks işletim kullanıyordu böylece birim zamanda sadece bir aygıt iletim yapabiliyordu.
Bu 10BASE-T konfigürasyonu ile aynıdır. 100BASE-TX yarı-dubleks mod ta 100Mbps taşır. Tam-dubleks mod ta ise 200Mbps taşır. Tam-dubleks içeriği ethernet hızı arttıkça önem kazanmaktadır
100BASE-FX
Bakır tabanlı hızlı ethernet açıklandığında fiber versiyonda açıklandı. Fiber versiyon omurga uygulamalarında bakır tabanlı bağlantının yetersiz olduğu yerlerde kullanıldı.
100BASE-T4
Hızlı ethernet genellikle istasyon ile çoklayıcı veya anahtarlamalı çoklayıcı arasındaki bağlantıyı içerir. Çoklayıcılar çok portlu tekrarlayıcı ve anahtarlamalı çoklayıcılar ise çok portlu köprüler olarak ta bilinir. Bunlar 100 metre UTP medya mesafe sınırlamasına maruz kalırlar.
100 Mbps Ethernet Kablolama ve mimarisi
100-Mbps Ethernet teknolojisi Fast Ethernet olarak da bilinir. Bakır UTP medyayı kullanan 100Base-TX ve multimode optik fiber medyayı kullanan 100Base-FX olmak üzere iki teknolojisi mevcuttur. Zamanlama parametresi, çerçeve formatı ve iletim süreci bu teknolojilerin ortak özelliklerindendir. 100-Mbps deki çerçeve formatı 10-Mbps deki ile aynıdır.
1000 Mbps Ethernet (Gigabit)
1000-Mbps Ethernet veya Gigabit Ethernet standartları hem fiber hem de bakır iletimlerde kullanılırlar. 100BASE-X standardı, optik kablo üzerinde 1 Gbps’lik tam çift yönlü IEEE 802.3z olarak tanımlanmıştır.
1000BASE-T
Bant genişliğini artırmak amacı ile hızlı ethernetin kurulması, ağ içersinde yukarı yönlü dar boğazların oluşmasına neden oldu. 1000BASE-T’in geliştirilmesi bant genişliğine etkide bulunarak bu dar boğazların azalmasına yardımcı olmuştur. Gigabit’lik iş/zaman oranını elde etmek için eko yok edici, Katman 1 hata düzeltici ve gerilim seviyesi secici gibi karışık devre teknolojileri kullanılır. Kablonun kullanılmadığı periyotta kablo üzerinde dokuz, iletim sırasında ise on yedi farklı gerilim seviyesi vardır. Bu fazla sayıdaki gerilim farklılığından dolayı kablo üzerinde gürültü meydana gelir ve buda sinyali dijitalden çok analog bir sinyalmiş gibi gösterir. Analog sinyal gibi görünen bu sinyal gürültüden çok çabuk etkilenerek sinyalde bozulma problemlerine yol açar.
1000BASE-SX
IEEE 802.3 standardıyla Gigabit etherneti fiber ortamları omurga bağlantılarında kullanmak için tavsiyede bulundu. 1000 Mbps tüm versiyonlarında zamanlama, çerçeve formatı ve iletim genel olarak ortak kullanılır
1000BASE-LX
Binalar arası veya kampüs yapıları için ise 1000 BASE-LX adı verilen uzun mesafeli (Long Haul) bir teknik tanımlanmıştır. 50 - 62.5 mm Multi mode fiber kablo üzerinden 550 m, 10 mm Single mode fiber kablo üzerinden ise 5 Km uzaklıklara Gigabit Ethernet bağlantısı sağlanabilmektedir.
Gigabit Ethernet Kablolama ve mimarisi
Çift yönlü haberleşme hatlarının mesafe limitleri sadece kullanılan medyaya bağlıdır. Kullanılan birçok Gigabit ethernetin cihazlar arası limitlerini şekilde görebiliriz. Papatya zinciri, yıldız ve genişletilmiş yıldız topolojilerinde bu limitler kullanılır.
Gigabit Ethernet
10 Gbps’lik tam çift yönlü haberleşme, fiber optik kablo üzerine IEEE 802.3ae ile adapte edilmiştir. Orijinal ethernetin dikkate değer özelliklerinden biride 802.3ae ve 802.3’ün birbirleri arasında benzerlikler bulunmasıdır. Bu 10-Gigabitlik ethernetler sadece lokal ağlar için değil aynı zamanda WAN ve MAN’lar içindede kullanılmaktadır. 10GbE, çerçeve formatları ve daha önceki standartlara uygun katman 2 özellikleri ile var olan ağ alt yapısıyla birlikte çalışır hale gelmiştir
-Gigabit Ethernet Kablolama ve mimarisi
Özet olarak, 10GbE’yi çeşitli ethernetle nasıl karşılaştırırız?
• Çerçeve formatı aynı, diğer farklı çeşitlerle beraber kullanılabiliyor, hızlı, gigabit ve 10 gigabit, tekrar çerçevelemeye ve protokol dönüştürmesi yapmıyor.
• Bit zamanlaması 0.1 nano saniye. Diğer tüm çeşitlerle uygun olarak ölçeklendirme yapılına
biliyor.
• Sadece tam çift yönlü bağlantı kullanılıyor ve CSMA/CD’ye gerek duyulmuyor.
• IEEE 802.3 alt katmanları OSI’nin 1. ve 2. katmanlarının ön servisine gerek kalmadan birkaç ufak eklenti ile 40 km.lik fiber hatlarda kullanılıyor ve SONET ve SDH ile birlikte çalışabiliyor.
• Esnek, etkili, güvenli ve düşük maliyetli
• TCP/IP LAN, WAN ve MAN’larda katman 2’nin transfer metodu ile kullanılabiliyor. CSMA/CD’yi yöneten temel standart IEEE 802.3 tür. Yine IEEE’nin sağladığı 802.3ae 10GbE ailesini yönetiyor.
Bazı yeni teknolojilerin standartları ve neler içerdikleri;
• 10GBASE-SR: Çok modlu fiberlerde 26-82 m arasını destekler
• 10GBASE-LX4: Çok modlu fiberde dalga boyu bölüm çoklayıcı tekniğini kullanarak 240 m ile 300 m. arasını destekler. Ayrıca tek modlu fiberde 10 km.yi destekler.
• 10GBASE-LR ve 10GBASE-ER: Tek modlu fiberde 10 ile 40 km arasını destekler.
• 10GBASE-SW, 10GBASE-LW ve 10GBASE-EW: 10GBASE-W OC-192 olarak bilinir.
