Katman Katman Katmerli OSI Modeli

OSI REFERANS MODELİ VE KATMANLI İLETİŞİM HİYERARŞİK AĞ MODELİ

Bilişim uzmanları hiyerarşik ağ modelini, ağın dizayn edilmesi ve yönetimini daha kolay hale getirmek için kullanırlar. Problemlerin çözümü ve kurulan sistemin sağlıklı çalışabilmesi için ağı kuranla ağı kullanan kişilerin konuştukları dil aynı olmalıdır. Uygulamaların gelişen teknolojiyle birlikte daha karmaşık hale gelmesi, bilişim uzmanlarını daha hızlı ve uygulanabilir yönlendirme (routing) ve anahtarlama (switching) tekniklerinin kullanımına doğru götürmektedir. Bu gelişmelerin tamamı, nihai kullanıcıların ihtiyaç duyduğu ağ ortamının hatasız çalışmasına bağlıdır. Bu yapıyı oluşturmak da, istemci-sunucu mimarisinin kusursuz çalışmasıyla sağlanır. Günümüzde üç katmanlı hiyerarşik modelle bunlar sağlanmaktadır. Bu katmanlar şunlardır;

• Erişim Katmanı (Access Layer)
• Dağıtım Katmanı (Distribution Layer)
  
• Ana Katman (Core Layer)

 

Şekil 1.1 (Hiyerarşik Ağ Modeli) Erişim Katmanı (Access Layer): Erişim Katmanı, son kullanıcının ağa bağlandığı noktadır. Bu katmanda son kullanıcılardan oluşan bir grup ve onların kaynakları bulunur. Bu genelde hub’a bağlı bir grubun anahtara bağlanması şeklinde olur. Bu katmanda anahtarlar kullanılır.

Dağıtım Katmanı (Distribution Layer): Dağıtım Katmanı, yönlendirme (routing), filtreleme (filtering) ve geniş alan ağa (WAN) giriş işlevlerini yapan cihazların bulunduğu katmandır. Bu katmanda kullanılan cihazlarla, hangi paketlerin alınacağı ve gönderileceği belirlenir ve farklı yapılardaki ağlar birbirlerine bağlanır. Bu katmanda yönlendiriciler kullanılır.

Ana Katman (Core Layer): Ana Katman, son kullanıcının gönderdiği ve Dağıtım Katmanında belirlenen politikalardan süzülerek gelen paketleri mümkün olduğunca hızlı bir şekilde yönlendirilen yere ulaşmasını sağlar. Bu katmanda çok-katmanlı (multi-layer) anahtarlar kullanılır.

(OPEN SYSTEMS INTERCONNECTION) OSI MODELİ

Veri iletişimini sağlamanın oturmuş standardı OSI modelidir. Osi modeline göre veriler belirli katmanlardan geçerek iletilir. Bundan dolayı işinin ehli denebilecek network uzmanının ağ sistemindeki bir problemi analiz edip en iyi şekilde çözmesi için çok iyi bilmesi gereken bir modeldir. Önceleri firmalar kendilerine özel ağ sistemleri geliştirip bunları bir paket halinde müşteriye sunuyorlardı. Fakat bu çok pahalıydı ve dışarıya kapalı bir sistem oluşturmaktaydı. Aslında kendi içlerinde çok sağlıklı çalışabilmelerine karşın kendi dışındaki ağlarla iletişim kurmaları çok zor ya da imkânsızdı. Örneğin IBM işletim sistemleri, IBM network aygıtları kullanarak kendi aralarında iletişim kurabiliyorlardı. Ağ sistemlerinde arzın talebi karşılayamaması ve ağ piyasasında donanım üreticilerinin baskısı sonucunda, ağ sistemlerinin işlevleri için standart bir modelin oluşturulması gerektiği anlaşıldı. OSI (Open Systems Interconnection) modeli ISO (International Standards Organization) tarafından geliştirilmiştir ve iki bilgisayar arasındaki iletişimin şeklini tanımlar. İlk olarak 1978 yılında ortaya çıkarılan bu standart 1984 yılında yeniden düzenlenerek OSI (Open System Interconnection) referans modeli olarak yayınlanmıştır. Model yaygın olarak kabul görmüş ve network işlemi için bir kılavuz olmuştur. OSI Modeli sadece bir standarttır. Eskiden olduğu gibi isteyen kendi başına bir ağ iletişim modeli geliştirebilir. Ancak OSI modeli referans alınmadıysa diğer ağlarla iletişimi zor olacak değişik üreticiler bu ağ sistemi için donanım ve yazılım üretemeyecekler demektir. Daha hızlı, daha kolay ve daha az maliyetli bir model bu standartı değiştirebilir.

• Protokoller
  
• Bir işleyişin düzgün çalışması ve hata yapılmaması için oluşturulan kurallar silsilesine protokol denir. Protokoller insanlar tarafından oluşturulur ve yine protokollere en büyük muhalefet insanın kendisidir. İnsan dünya popülasyonunun virüsüdür. Bu konuda söylenecek çok şey var ama şuanda konu bu değil. Bilgisayar terminolojisi konusu olduğunda, protokol kelimesi iki donanım veya yazılımın önceden çizilmiş kurallar çerçevesinde nasıl haberleşmeleri gerektiğini tanımlar. Günlük hayatımızda basit sayılacak bir mail gönderimi veya bir MSN yazışması için bile arka planda birçok protokol görev yapar. File Transfer Protocol(FTP) iki bilgisayar üzerinde çalışan iki yazılımın nasıl veri değişimi yapacağını belirler. Transmit Control Protocol(TCP) gönderen sistem üzerinde yollanacak veriyi parçalara bölünmesini ve alıcı sistem üzerinde ise tekrar birleştirilmesini sağlar. Internet Protocol(IP) ise verinin değişik yönlendiriciler üzerinde doğru yolu izleyerek karşı tarafa ulaşmasını sağlar. Ağ kartı ve kablo protokolleri ise verinin nasıl elektrik sinyalleri halinde iletileceğini tanımlar.
  

 

OSI katmanları resimde de görüldüğü gibi verinin çıkış ve varış noktasına göre ters hareket eder. Çıkış noktasında bir veri Layer 7 den çıkar varış noktasında ise ilk uğradığı katman 1 layerdır. Normal şartlarda hedefe gönderilen bir veri hedefe ulaşmamış ise bu katmanların birinde problem var demektir. Bu problemin çözümü, teoriği ve pratiği iyi bilmekten geçmektedir.

1. Katman: Fiziksel Katman (Physical Layer) Fiziksel katman veri parçacıklarını (bit) kablo, fiber, radio sinyali, optik vs. üzerinde kat edeceği fiziksel yapıyı tanımlar. Gönderen tarafta fiziksel katman 1 ve 0’ları elektrik sinyallerine çevirip kabloya yerleştirirken, alıcı tarafta fiziksel katman kablodan okuduğu bu sinyalleri tekrar 1 ve 0 haline getirir. Farklı üreticilerin ağ donanımlarının birbirleri ile sorunsuz iletişim kurmaları için, giden gelen veri bitlerinin farklı marka donanımları için aynı şeyi ifade etmesi gerekmektedir. Diğer bir ifadeyle belirli standarların oluşturulması ve kullanılması lazımdır. Kullanılan standartlardan bazıları şunlardır;

EIA/TIA-232
V.35
EIA/TIA-449
V.24
RJ45
FDDI
Ethernet
NRZI
NRZ
B8ZS

2.Katman: Veri Bağlantısı Katmanı (Data Link Layer) Veri bağlantısı katmanı, verinin gideceği noktadaki fiziksel katmana erişmek ve verileri işlemek ile ilgili kuralları belirler. Data link katmanının büyük bir bölümü ethernet kartları tarafından işlenir. Veri bağlantısı katmanı ağ üzerindeki diğer pc’lerin kimlik doğrulamaları, anlık iletişimin kimin tarafından yapıldığının tespiti ve fiziksel katmandan gelen verinin hatalara karşı kontrolü görevini yerine getirir. Fiziksel adrese Media Access Control-MAC adresi denir.

Veri bağlantısı katmanı, Media Access Control(MAC) ve Logical Link Control(LLC) olmak üzere iki alt bölüme ayrılır. Veri bağlantı katmanındaki MAC alt katmanı dataları hata kontrol kodu(CRC), alıcı ve gönderenin MAC adresleri ile beraber paketler ve fiziksel katmana aktarır. Alıcı tarafta da bu işlemleri tersine yapıp veriyi veri bağlantısı içindeki ikinci alt katman olan LLC’ye aktarmak görevi yine MAC alt katmanına aittir. Üçüncü katman olan Network Layer’a geçmeden önce veriler LLC alt katmanında işlenir. LLC katmanında Protokole uygun Service Access Points (SAPs) yani mantıksal portlar oluşturulur. Örneğin iki bilgisayar arasında TCP/IP==TCP/IP protokolü oluşturularak iletişime geçilir. LLC katmanının en önemli görevlerinden biride bozuk giden veya ulaşmayan veri pakatlerini karşı tarafa tekrar göndermesidir. Bu yolla, yani TCP protokolü ile iletilen veri kümelerinin sağlıklı bir şekilde karşı tarafa iletilmesi sağlanmış olur. LLC, Flow Control yaparak, alıcının taşıyacağı kadar veriyi göndermekle yükümlüdür. Diğer bir ifadeyle, karşı tarafın gönderilen paketleri işleyebilme kapasitesini anlayıp, veri transfer trafiğini (Maximum Transfer Unit-MTU) ayarlar. Karşı tarafın veri trafiği altında boğulmasına engel olur.

IEEE 802.3/802.2
HDLC
Frame Relay
PPP
FDDI
ATM
IEEE 802.5/802.2

3.Katman: Ağ Katmanı(Network Layer) Bir üst katmanda yani 4. katmanda segmentlere ayrılan veri, bu katmanda paketlere dönüştürülür. Ayrıca etkileşime geçecek bilgisayarların birbirlerinin yerlerini belirlemek için mantıksal adreslemeye ihtiyaçları vardır. Yollanan her paketin header kısmına bu adres bilgileri eklenir. Son paketin header kısmında ise verinin kaç paketten oluştuğu gibi istatistikî veriler bulunur. Eğer eksik bir paket varsa bu bilgiden tespiti yapılır. Ayrıca iletişim için iki adres arasındaki en kısa kestirmeyi bulmaları gerekmektedir. Bu işleme yönlendirme yani routing denir. Kullanılan protokollerden bazıları şunlardır;
IP
IPX
AppleTalk DDP
ARP
RARP
ICMP

4.Katman: Taşıma Katmanı (Transport Layer) Taşıma katmanı, bir fabrikadaki paketleme personelleri gibidir. Teknik tabirle Transport Set katmanları ile Application Set katmanları arasında köprü vazifesini görür. Bu katmanda üstte gelen veri ağ paketi boyutunda parçalara ayrılır. Bu parçalara segment denir. Ayrıca verilerin bozulmadan karşı tarafa gönderilmesinden de sorumludur. NetBEUI, TCP ve SPX gibi protokoller bu katmanda görev yaparlar. Hata denetleyicileri bu protokollerdir. Eğer veri karşı tarafa bir paket şeklinde ulaşmamışsa paketin tekrar gönderilmesini sağlayacak protokölü yönetir. Taşıma katmanı altındaki katmanlar verinin cinsine ve içeriğine bakmadan veriyi iletir. Application Set katmanları ise verinin nasıl geldiği ile ilgilenmez, verinin ne olduğuna ve işleyişine bakarlar.

TCP
UDP
SPX

5.Katman: Oturum Katmanı(Session Layer) Bu katman, ağ ortamında birden fazla bilgisayarın birbirleri ile olan iletişimini sağlar. Yani bizler aynı anda farklı bilgisayarlardan bağlanabilir veya aynı bilgisayarda farklı programlar çalıştırabiliriz. Çalıştırdığımız uygulamalar birbirleri ile oturum katmanı sayesinde karışmaz. İlk ağ çalışmalarında iki pc arasında sadece bir uygulama çalıştırıp onun bitmesi beklenirdi, işlem bitmeden başka uygulama çalıştırılamazdı. Bilgisayarlarımızda çalışan aşağıda verdiğimiz protokoller farklı bilgisayarlarla aynı anda olan bağlantıları yönetme imkânı sağlarlar.

Sockets
RPC
Netbios adları
SQL
NFS
AppleTalk ASP
DECnet SCP

6.Katman: Sunum Katmanı(Presentation Layer) Ağ ortamında PC’ler arası paylaşılan verinin anlamlı olması bu katman sayesindedir. Paylaşılan verinin PC’ler tarafından da okunabilmesi için datanın ortak bir formata dönüştürülmesi gerekmektedir. Paylaşımda bulunan bilgisayarların farklı yazılımlarla yönetildiğini düşündüğünüzde bu işlevin önemi anlaşılmaktadır. Böylece farklı programların birbirlerinin verisini kullanabilmesi mümkün olur. Sunum katmanının en önemli görevlerinden biri, paylaşılan dataların karşı bilgisayara şifreli olarak iletebilmesidir. Aslında Sunum katmanı ağ ile pek ilgili olmayıp, yazılımlarla alakalıdır. Günümüzde işletim sistemleri oluşturulan birçok formatı okuyamaz. Yani başka bir kullanıcıdan bize gelen bir veri formatını işletim sistemimiz desteklemiyorsa o bilgi bizim için hiçbir şey ifade etmez. Örnek olarak, günümüzdeki internet ortamında paylaşılan divx formatındaki videoları izleyebilmek için bilgisayarlarda destekleyici Codec programlarının olması şarttır. Bir bilgisayarın diğeri üzerindeki bir divx dosyasını açması sırasında sunum katmanına bir iş düşmez, burada kastedilen şey, aynı formatı çözebilen yazılımları ve programları kullanmaktır. Kullandığımız formatların bazıları şunlardır;

GIF
DIVX
FM7
DOC
ASCII
EBCDIC
TIFF
JPEG
PICT
MPEG
MIDI
Şifrelenme (Encryption)

7.Katman: Uygulama Katmanı(Application Layer) Bu katman, kullanıcıların ve programların ağı kullanabilmesi için araçlar sunar. Uygulama katmanı son katman olduğundan diğer katmanlara herhangi bir hizmet sunmaz. Çalıştırılan uygulamalar için ağ hizmetlerini oluşturur. Microsoft API’leri bu katmanda çalışır. Microsoft API’leri kullanarak program yapan bir yazılımcı, örneğin bir ağ sürücüsüne erişmek gerektiğinde API içindeki hazır aracı alıp kendi programında kullanır. Alt katmanlarda gerçekleşen onlarca farklı işlemin hiçbirisiyle uğraşmak zorunda kalmaz. Mesela diğer bir örnek HTTP’dir. HTTP program değil, kurallar dizesi olan bir protokoldür. Bu protokole göre işlev gören bir Internet Explorer, aynı protokolü kullanan başka Web sunuculara bağlanır. Ayrıca bu katman iletişim kuracağı bilgisayarın iletişime hazır olup olmadığını tespit eder, iletişimi senkronize eder. Kullanılan uygulamalardan bazıları şunlardır;

Telnet
http
ftp
www göz atıcıları (browser)
NFS
SMTP gateway (Eudora, cc:mail)
SNMP
X.400 mail
FTAM

Özet Olarak OSI Modelinde 7. katmanda yolculuğa başlayan bir data parçacığı her katmanda o katmanla ilgili bazı ek bilgiler, başlık veya kuyruğuna eklenerek bir alt katmana devredilir. Buna “Bilgilerin Yolculuğu” denir. OSI bir modelden başka, ne bir yazılım ne de bir donanımdır. Yani PC Shop’lardan OSI programı veya OSI donanımı satın alamazsınız. Fakat OSI modeli bir standart olduğundan, tüm üreticiler OSI mantığına uygun birbiri ile sorunsuz çalışan donanımlar ve bu donamımlar için OSI standardına uygun yazılımlar üretirler. OSI Modeli katmanlardaki çalışan donanımların çalışma mantıklarını oluşturur. Yukarıda anlatılanların daha iyi kavranabilmesi için bir örnek verelim: Hazırladığımız bir web sayfasını Server’a atarken veya MSN’den bir dosya göndermek istediğimizde. Bu dosya uygulama katmanı olan 7.katmanın işlevini yapan FTP protokolü tarafından dataya dönüştürülür. Daha sonra dosyadaki yazılar, şekiller ve fotoğraflar 6.katmanda çalışan ASCII ve JPEG gibi standartlar tarafından ortak bir formata dönüştürülür. Oturum katmanına gelen dönüştürülmüş veriler, karşı tarafa gitmek için oturum numarası verilerek, bu işleme özel bir oturum açılır. 4.katmana gelen veriler artık donanımsal katmanlara gelmiştir. Application Set diye tanımladığımız Uygulama, Sunum ve Oturum katmanlarında daha çok yazılımsal protokoller çalışır. 4. katman paketlere hazırlık servisidir, burada datalar segmentlere ayrılır. Taşıma sırasında hatalara karşı kontrol için nakil başlığı (transport header) paketlere eklenir ve ağ katmanına aktarılır. Ağ katmanı ağ başlığını (network header) ekleyerek datayı pakete dönüştürür. Bu başlıkta her iki bilgisayarın mantıksal ağ adresi vardır. Veri bağlantısı katmanına yani 2.katmana gelen paketlere aynı şekilde kaynak ve hedef MAC adresleri eklenir. Bu bilgiler pakete data link başlığı ve kuyruğu (data link header ve trailer şeklinde) eklenerek frame yapısına dönüştürülür. Frame, 1. katmana geldiğinde dijital sayılara (1 ve 0) dönüştürülerek ağ ortamına aktarılır. Alıcı bilgisayarda ise, alttan üste doğru her katman karşı taraftaki eş katmanın bilgisini kullanır, gerekeni yapar, bu bilgiyi temizleyip paketi bir üst katmana geçirir. İki bilgisayar arasında switch ve router var ise; switchler 2. katmandaki başlığı okur ve frame yapıdaki yazılı olan hedef bilgisayarın MAC adresine göre kendi MAC tablosuna bakarak yönlendirir. Arada router varsa yine gelen frame aynı metotla 3.katmana kadar işlem yapılır. Router mantıksal adres tablosuna bakarak en kestirme yolu bulup paketi yönlendirir.