2 Ağ topolojileri ve ağ cihazları
Geçen hafta Wi-Fi simgesi doluyken internetin neden çalışmayabileceğini konuştuk ve switch, router, access point, firewall adlarını duyduk. Bu hafta bu cihazların ne iş yaptığını göreceğiz. Görevlerini tek tek ezberlemek yerine her cihaz için aynı soruyu soracağız: bu cihaz bozulursa kim etkilenir?
Sınavda sorulur: switch, router, access point, modem/ONT ve firewall’ın görevi; her birinin arızasında etkilenen kapsam; hub ile switch farkı ve bant genişliğinin paylaşılması ya da port başına ayrılması; yıldız topoloji; fiziksel kutu ile mantıksal rolün ayrılması; firewall’ın router ve NAT’tan farkı.
Sınav dışı (bilgi amaçlı): bus, ring, ağaç ve örgü topolojilerinin ayrıntısı; üreticiye özgü cihaz özellikleri; yönlendirme protokolleri; kurumsal topoloji tasarımı.
2.1 Bu cihaz bozulursa kim etkilenir?
Bir cihazın ne iş yaptığını en iyi, bozulduğunda neyin durduğu gösterir. 1. haftadaki vakalara da böyle bakmıştık: neyin çalıştığına, neyin çalışmadığına.
Dört vakaya bakacağız. Her birinde aynı üç soruyu soracağız:
- Kim etkilendi?
- Kim etkilenmedi?
- Etkilenenleri etkilenmeyenlerden ayıran ne?
Üçüncü sorunun cevabı bozuk cihazı gösterir. Kimin etkileneceği, cihazların birbirine nasıl bağlandığına bağlı. Bu yüzden vakalardan önce şemaya bakalım.
2.2 Önce şema: yıldız topoloji
Ağ topolojisi, cihazların birbirine hangi düzende bağlandığını gösterir. Bugünkü Ethernet ağlarında (kablolu yerel ağlar; Ethernet’i 3. haftada göreceğiz) en yaygın düzen yıldız (star) topolojidir: uç cihazlar kabloyla merkezdeki bir switch’e bağlanır.
İlk üç vaka aynı binada geçiyor. Binanın ağı şöyle kurulu:
İnternet
│
ONT ← ISP'nin fiber hattı binaya burada girer
│
Router ← varsayılan ağ geçidi: binanın dışarı çıkış kapısı
│
Ana switch
├── 1. kat switch ── bilgisayarlar, yazıcı
├── 2. kat switch ── bilgisayarlar
├── 3. kat switch ── bilgisayarlar
└── AP ))) dizüstü bilgisayarlar, telefonlarHer kat switch’i kendi katının merkezidir; o kattaki bilgisayarlar ona bağlanır. Bir arızanın kimleri etkileyeceğini bu şemadan okuyabilirsin: uçtaki bir kablo koparsa yalnız o cihaz etkilenir; merkezdeki switch bozulursa ona bağlı herkes birlikte etkilenir.
Aynı kural bir üst basamakta da geçerli. Ana switch, kat switch’lerinin ve AP’nin merkezidir. O bozulursa katlar birbirine ve internete ulaşamaz, Wi-Fi da gider. Ama aynı kattaki bilgisayarlar kendi kat switch’i üzerinden birbirine ulaşmaya devam eder. Şemadaki her kutunun ne iş yaptığını vakalarda tek tek göreceğiz.
Bölümün başındaki görselde beş topoloji var. Yıldız dışındakiler sınavda sorulmaz:
- Bus (veriyolu): cihazlar ortak bir hattı paylaşır. Hat bir yerden koparsa herkes etkilenir.
- Ring (halka): cihazlar bir halka oluşturur, veri halkadaki cihazlardan sırayla geçer.
- Ağaç (tree): birkaç yıldız bir üst switch’te birleşir. Yukarıdaki bina da böyle kurulu, her kat kendi içinde bir yıldızdır.
- Örgü (mesh): cihazlar birbirine birden fazla yolla bağlanır. Bir bağlantı koparsa trafik başka yoldan gider.
Bus ve ring daha çok ağların geçmişini anlamaya yarar. Bugünkü Ethernet ağlarında bunlara pek rastlanmaz.
2.3 Vaka 1: Bir kattaki 12 bilgisayar birden gitti
Etkilenen : 3. kattaki 12 bilgisayar (açık ve çalışıyor, ağa erişemiyor)
Etkilenmeyen : diğer katlar, Wi-Fi kullanıcıları, binanın internet bağlantısı
Belirti : etkilenen bilgisayarlar birbirini de göremiyor2.3.1 Kanıt ne söylüyor
Belirleyici kanıt son satırda: etkilenen bilgisayarlar birbirini de göremiyor. Bozuk olan yalnızca dışarı çıkış olsaydı aynı kattaki iki bilgisayar yine birbirine ulaşırdı. Demek ki sorun, o bilgisayarları bir araya getiren noktada. Şemada bu nokta 3. kat switch’i.
Switch, aynı yerel ağdaki cihazlar arasında veri taşır. Veri kabloda çerçeve (frame) denen parçalar hâlinde ilerler. Switch her çerçevenin kime gittiğine bakar. Hedefin hangi portta (kablonun takıldığı yuvada) olduğunu biliyorsa çerçeveyi yalnız o porta gönderir. Bunun için her ağ kartının kendine ait donanım adresini, yani MAC adresini kullanır. Hangi MAC adresinin hangi portta olduğunu da bir tabloda tutar. Bu tabloya MAC adres tablosu denir:
Port 1 → PC-A'nın MAC adresi
Port 2 → PC-B'nin MAC adresi
Port 3 → PC-C'nin MAC adresi
Port 24 → ana switch'in arkasındaki bütün cihazların MAC adresleriMAC adresinin nasıl yazıldığını, switch’in bu tabloyu nasıl doldurduğunu ve tabloda olmayan bir hedefe ne yaptığını 3. haftada göreceğiz. Bu vaka için şu kadarı yeter: aynı switch’e bağlı iki bilgisayar arasındaki çerçeveler bu kutunun içinden geçer. Switch çalışmazsa çerçeveyi porttan porta taşıyacak bir cihaz kalmaz. Bu yüzden ona bağlı cihazlar yalnız internete değil, birbirlerine de erişemez.
Kat switch’ini ana switch’e bağlayan kablo kopsaydı ne görürdük? 12 bilgisayar dışarı çıkamazdı ama kat switch’i çalıştığı için birbirini görmeye devam ederdi. Birbirini de görememeleri şüpheyi o kablodan switch’in kendisine taşıyor.
Arızanın tek katta kalması da yıldız topolojiye uyuyor. Arıza bir merkezde, ama bu merkez bütün binanın değil, yalnızca 3. katın merkezi. Diğer katların switch’leri çalıştığı için oradaki kimse etkilenmedi.
“Ağ gitti” denince ilk akla gelen, router’ı kapatıp açmaktır. Oysa bu vakada diğer katlar ve Wi-Fi kullanıcıları internete çıkabiliyor, yani router çalışıyor. Router’ı yeniden başlatmak 3. kattaki sorunu çözmez, üstüne bütün binanın internet bağlantısını birkaç dakika keser.
2.4 Vaka 2: Herkes birbirini görüyor, kimse dışarı çıkamıyor
Etkilenen : tüm bina, internet erişimi yok
Etkilenmeyen : yerel yazıcı, yerel dosya paylaşımı, kat içi ve katlar arası iletişim2.4.1 Kanıt ne söylüyor
Bu belirtiyi 1. haftadan tanıyorsun: oradaki Vaka 1’de de yazıcıya çıktı gidiyor, hiçbir site açılmıyordu. Orada tek bir ev vardı, burada bütün bina var. Sonuç aynı: yerel iletişimin tamamı çalışıyor, bozuk olan yalnızca binanın dışarı çıkışı. Katlar birbirini gördüğüne göre switch’ler sağlam. Şüphe şemada switch’lerin üstündeki basamaklara kayıyor: router, ONT ve ISP hattı.
Router (yönlendirici), farklı ağlar arasında paket (bir ağdan ötekine taşınan veri birimi) iletir. Paket yerel ağda bir çerçevenin içine konarak taşınır. Küçük bir ağda router yerel ağı ISP’nin ağına bağlar ve varsayılan ağ geçidi (default gateway) görevini de üstlenir. 1. haftada ipconfig çıktısında gördüğün Default Gateway satırı bu cihazın adresidir. Bilgisayarın “kendi ağımda olmayan her şeyi buraya gönderirim” dediği adres budur.
Şimdilik gereken ayrım şu kadar:
- Aynı yerel ağ (LAN) içindeki iletişim → switch
- Farklı ağlar arasındaki iletişim, örneğin binanın ağından internete → router
Yönlendirme tablosunun ayrıntısına girmiyoruz; 9. haftada yalnız “kendi ağım” ve “varsayılan rota” satırlarını okuyacağız.
Router’ın bir üst basamağında ONT (Optical Network Terminal) var. ONT, ISP’nin fiber hattının binaya girdiği kutudur: optik hattı router’ın takılabileceği Ethernet bağlantısına çevirir. DSL ya da kablo TV hattıyla bağlanan yerlerde aynı işi modem yapar. Bu yüzden kitapta ikisini birlikte modem/ONT diye anıyoruz. Modem/ONT bozulduğunda da belirti aynıdır: içerisi çalışır, dışarı çıkılamaz.
Router mı bozuk, modem/ONT mi, ISP hattı mı? Bu vakadaki kanıt üçünü birbirinden ayırmaz, çünkü üçü de aynı çıkış yolunun üstünde. Bölümün sonundaki “Ekranda ne gördük” kısmında bu yolu ping ile içeriden dışarıya doğru sınıyoruz. Bu sınama en azından router’ın kendisinin cevap verip vermediğini ayırır.
2.5 Vaka 3: Kablolular çalışıyor, kablosuzlar gitti
Etkilenen : Wi-Fi ile bağlanan tüm cihazlar
Etkilenmeyen : Ethernet kablosuyla bağlı bilgisayarlar, internet2.5.1 Kanıt ne söylüyor
Kablolu cihazlar internete çıkabildiğine göre router, switch’ler ve ISP bağlantısı çalışıyor. Etkilenenleri diğerlerinden ayıran tek şey erişim yöntemi.
Access point (AP, kablosuz erişim noktası), Wi-Fi kullanan cihazları kablolu yerel ağa bağlar. Dizüstü bilgisayar Wi-Fi ile AP’ye bağlanır, AP de Ethernet kablosuyla switch’e bağlıdır. Böylece kablolu ve kablosuz cihazlar aynı yerel ağın parçası olur. Şemadaki binada tek bir AP var ve ana switch’e bağlı. Bütün kablosuz cihazlar ondan geçtiği için AP bozulunca hepsi birlikte gitti.
AP yalnızca kablosuz cihazları yerel ağa bağlar; internete çıkış router ve ISP yolundan geçer. AP çalışırken internet olmayabilir (Vaka 2), internet çalışırken AP bozuk olabilir (bu vaka). 1. haftada Wi-Fi simgesi dolu diye “internet var” diyemeyeceğimizi bu yüzden söylemiştik: simgedeki çubuklar yalnızca cihazla AP arasındaki sinyali gösterir.
2.6 Vaka 4: Bütün sınıf aynı anda kopyalayınca herkes yavaşlıyor
Eski bir laboratuvarda bilgisayarlar switch yerine bir hub üzerinden bağlı. Öğrenciler ikişer ikişer çalışıyor ve her çift, yan yana duran iki bilgisayar arasında ders dosyası kopyalıyor.
Tek çift kopyalarken : hız normal
Bütün sınıf kopyalarken : herkes yavaş
Bağlantı kopması : yok2.6.1 Kanıt ne söylüyor
Hiçbir cihaz ağdan düşmüyor; belirti yalnızca aynı anda kopyalayan kişi sayısıyla ağırlaşıyor. Bu, bir arızadan çok paylaşılan kapasiteye işaret eder. Kopyalama laboratuvarın içinde yapıldığı için router’a ve internete bakmaya da gerek yok.
Hub, bir portundan aldığı elektrik sinyalini diğer bütün portlarına aynen tekrarlar. Verinin kime gittiğine bakmaz. Bu yüzden tek bir çiftin kopyaladığı veri, laboratuvardaki bütün kabloları meşgul eder. Switch ise Vaka 1’deki MAC adres tablosuna bakar ve çerçeveyi yalnızca hedefin bulunduğu porta gönderir.
Bir bağlantının saniyede taşıyabileceği en fazla veriye bant genişliği denir. 1. haftadaki “100 Mbps’lik hat” da bir bant genişliği değeridir. Hub ile switch’in farkı en çok burada görünür:
| Özellik | Hub | Switch |
|---|---|---|
| Veriye bakar mı? | Hayır | Hedef MAC adresine bakar |
| Nereye gönderir? | Diğer bütün portlara | Hedefi biliyorsa yalnız onun portuna |
| Bant genişliği | Bütün portlar paylaşır | Her port kendi kapasitesini kullanır |
| Bugün | Eski, seyrek görülür | Standart LAN cihazı |
Sayıyla düşünelim. 100 Mbps’lik bir hub’a bağlı laboratuvarda 10 çift aynı anda kopyalıyor. Hepsi aynı 100 Mbps’i paylaştığı için bir çifte ortalama 10 Mbps’ten fazlası düşmez. 1. haftadaki kuralla 8’e bölersen bu yaklaşık 1,25 MB/s eder. Portları 100 Mbps olan bir switch’te ise her çift kendi portlarını kullanır ve 100 Mbps’e (yaklaşık 12,5 MB/s) yakın hızla kopyalayabilir.
Switch’in aynı anda taşıyabileceği toplam trafiğin ve üst cihaza giden bağlantısının da bir sınırı vardır. Örneğin bütün sınıf aynı anda internetten indiriyorsa hepsi binanın tek internet hattını paylaşır; switch bunu değiştirmez. Yerel trafikte ise fark açık: hub’da ortam ortak, switch’te her portun bağlantısı ayrı.
2.7 Evdeki kutu: dört işlev bir arada
- haftada evdeki router’ın çoğu zaman modemle aynı kutuda olduğunu söylemiştik. Aslında o kutuda genellikle dört işlev bir arada bulunur:
| Kutunun içindeki işlev | Ne yapar |
|---|---|
| Modem/ONT | ISP hattını yerel bağlantıya çevirir |
| Router | Evin ağını ISP’nin ağına bağlar, varsayılan ağ geçididir |
| Switch | Kutunun arkasındaki Ethernet portları arasında çerçeve taşır |
| Access point | Wi-Fi yayını yapar, kablosuz cihazları yerel ağa bağlar |
Dördü aynı plastik kutuda durur ama biri çalışmazken öteki çalışabilir. Wi-Fi gitmiş ama kutuya kabloyla bağlı bilgisayar çalışıyorsa kutunun AP kısmı çalışmıyordur (Vaka 3). Yazıcı çalışıyor ama internet yoksa şüphe router ya da modem/ONT tarafındadır (Vaka 2).
Sorun giderirken bu yüzden fiziksel kutuya değil mantıksal role bak, yani kutunun içindeki hangi işlevin çalışmadığını düşün. “Modem bozuldu” cümlesi bu dört işlevden hangisinin çalışmadığını söylemez. Vaka 1–3’te “kim etkilendi?” diye sormamızın nedeni buydu.
2.8 Firewall ne yapar, ne yapmaz?
Firewall (güvenlik duvarı), ağ trafiğini önceden yazılmış kurallarla karşılaştırır. Her kural, tuttuğu trafiğin geçeceğini ya da durdurulacağını söyler. Evde router’ın içinde bir yazılım olarak çalışır; ev kutusundaki router işlevinin yanında ayrıca NAT ve firewall da bulunur. Kurumlarda firewall çoğu zaman ayrı bir cihazdır.
Durduran bir kural dar yazılmışsa yalnız tuttuğu trafik durur: örneğin tek bir site ya da tek bir hizmet açılmaz, geri kalan her şey çalışır. 1. haftada bazı ağların ping’i engellediğini, bu yüzden 1.1.1.1’e gönderilen ping’in cevapsız kalabileceğini söylemiştik. Bu engeli koyan da bir firewall kuralıdır. Kurumdaki ayrı bir firewall cihazının kendisi bozulursa belirti router arızasına benzer, çünkü o da dışarı çıkış yolunun üstünde durur.
Windows’un da kendi güvenlik duvarı vardır. Varsayılan ayarda başka bir bilgisayardan gelen ping’e cevap vermeyebilir. İki bilgisayar arasında ping cevapsız kalıyorsa ağ bozuk demeden önce bunu da düşün.
Router paketleri ağlar arasında iletir. NAT (ağ adresi çevirisi), evden dışarı giden paketlerde cihazın adresini router’ın dış adresiyle değiştirir. Firewall trafiğe güvenlik kuralları uygular. Ev router’ında üçü birlikte bulunduğu için günlük dilde karışır. Ama router NAT’sız da, firewall’suz da çalışabilir; firewall da NAT olmadan kural uygular. NAT’ı ve neden bir güvenlik duvarı sayılmadığını 9. haftada göreceğiz.
2.9 Soruya dönelim: kim etkilenir?
Bölümün başındaki sorunun cevabını artık tek tabloda toplayabiliriz. Bir arızanın etkilediği cihazların tamamına o arızanın etki alanı denir. Tablonun “Etkilenen” sütunu her cihazın etki alanını gösteriyor:
| Bozulan | Etkilenen | Etkilenmeyen | Nerede gördük |
|---|---|---|---|
| Uçtaki tek kablo | Yalnız o cihaz | Aynı switch’teki öteki cihazlar | Şema |
| Kat switch’i | Ona bağlı bütün cihazlar; birbirlerini de göremezler | Öteki katlar | Vaka 1 |
| Ana switch | Katlar arası iletişim, Wi-Fi, internet | Kat içi iletişim | Şema |
| Router | Herkesin dışarı çıkışı | Yerel iletişim | Vaka 2 |
| Modem/ONT | Herkesin dışarı çıkışı | Yerel iletişim | Vaka 2 |
| Access point | Yalnız kablosuz cihazlar | Kablolu cihazlar | Vaka 3 |
| Firewall kuralı | Yalnız kuralın tuttuğu trafik | Geri kalan her şey | Firewall |
Vaka 4 tabloda yok, çünkü orada bozuk bir cihaz yoktu: hub olağan biçimde çalışıyordu, yalnız kapasiteyi herkes paylaşıyordu. Yavaşlık her zaman arıza demek değildir.
Tabloyu ezberlemen gerekmez. Bir arızada “kim etkilendi, kim etkilenmedi?” diye sorarsan aynı satıra kendin varırsın. Router ile modem/ONT’nin satırları aynı. Aşağıdaki ping sırası router’ın kendisini sınar, ötesini tek başına ayırmaz.
2.10 Ekranda ne gördük
Derste şemadaki kutular ping ile canlı olarak sınanır; derse gelemeyenler için aynı çıktı burada. Çıktı, router’ın dış bağlantı kablosu çıkarılmışken alındı; yani küçük bir Vaka 2 provası. Terminali nasıl açacağın 1. haftanın “Ekranda ne gördük” kısmında yazıyor. Bu kez ping’i üç hedefe, içeriden dışarıya doğru sırayla gönderiyoruz:
> ipconfig
Default Gateway . : 192.168.20.1 ← şemadaki router'ın adresi
> ping 192.168.20.60 ← aynı ağdaki yazıcı
Reply from 192.168.20.60: time=1ms ← aradaki switch'ler çalışıyor
> ping 192.168.20.1 ← router'ın kendisi
Reply from 192.168.20.1: time=1ms ← router cevap veriyor
> ping 1.1.1.1 ← router'ın ötesi
Request timed out. ← yerel ağ var, dışarısı yok (Vaka 2)Üç ping şemayı içeriden dışarıya doğru, kutu kutu sınıyor. İlki cevapsız kalsaydı yazıcıdan, aradaki switch’lerden ya da kendi bağlantından şüphelenirdik (Vaka 1). İkincisi cevapsız kalsaydı router’ın kendisinden. Burada ikisi de cevap veriyor, yalnız üçüncüsü cevapsız. Geriye router’ın dış tarafı, modem/ONT ve ISP hattı kalıyor.
1.1.1.1 cevap vermediğinde bir firewall kuralının ping’i engelleyebileceğini unutma. Bu yüzden sonucu bir sitenin açılıp açılmadığıyla birlikte oku.
2.12 Tek sayfa özet
- Bir cihazın görevini en iyi, bozulduğunda kimin etkilendiği anlatır. Önce “kim etkilendi, kim etkilenmedi?” diye sor.
- Switch yerel ağda çerçeveleri MAC adresine göre doğru porta taşır. Bozulursa ona bağlı cihazlar birbirini de göremez.
- Router ağlar arasında paket iletir ve varsayılan ağ geçididir. Bozulursa yerel ağ çalışır, dışarı çıkış biter.
- Modem/ONT ISP hattını yerel bağlantıya çevirir. Arızası router arızasıyla aynı belirtiyi verir.
- Access point kablosuz cihazları yerel ağa bağlar. Bozulursa yalnız kablosuzlar etkilenir. AP internetin kaynağı değildir.
- Hub sinyali diğer bütün portlara tekrarlar, bant genişliğini herkes paylaşır. Switch’te her port kendi kapasitesini kullanır.
- Yıldız topolojide uçtaki arıza tek cihazı, merkezdeki arıza o merkeze bağlı bütün cihazları etkiler.
- Ev tipi tek kutu dört işlevi birden taşır: modem/ONT, router, switch ve AP. Sorun giderirken kutuya değil, çalışmayan işleve bak.
- Router, NAT ve firewall ayrı işler yapar: paketi ağlar arasında iletmek, adresi çevirmek, trafiği kurala göre geçirmek ya da durdurmak.
2.13 Bu bölümün kazanımları
Bu bölümü bitiren öğrenci:
- Bir arızada kimlerin etkilendiğine bakarak bozuk cihazı bulur.
- Switch ile router’ın görevlerini ayırt eder.
- Hub ile switch farkını bant genişliği açısından açıklar.
- Access point’in kablosuz cihazları yerel ağa bağladığını, internet kaynağı olmadığını açıklar.
- Fiziksel kutu ile mantıksal rolü ayırt eder.
- Firewall’ı router ve NAT’tan ayırt eder.
- Yıldız topolojide arızanın etki alanını yorumlar.