Bağlantı Katmanı ve Ortam Erişimi
Bağlantı katmanı, doğrudan bağlı düğümler arasında tek bir fiziksel bağlantı üzerinden çerçeveleri taşımaktadır. Ortam erişim kontrolü alt katmanı ise birden fazla düğümün, iletimlerinin yıkıcı bir şekilde çakışması olmaksızın bir yayın kanalını nasıl paylaşacağını yönetmektedir.
Tanım
Bağlantı katmanı, çerçeveleme, ortam erişim kontrolü protokolü aracılığıyla bağlantı erişimi ve bağlantı üzerindeki hata tespiti dahil olmak üzere, tek bir bağlantı ile birbirine bağlı iki düğüm arasında çerçeveleri aktarmaktan sorumlu protokol katmanıdır.
Kapsam
Bu kapsam, ağ yığınının ikinci katmanını ele almaktadır: verilerin bağlantı katmanı çerçevelerine dönüştürülmesi, gürültülü bağlantılar üzerindeki hata tespiti ve düzeltilmesi ile paylaşılan bir iletişim kanalına erişimi koordine eden ortam erişim kontrolü (MAC) protokolleri. Kanal bölme, rastgele erişim ve sırayla erişim protokollerini, anahtarlamalı yerel alan ağlarını ve anahtarları ile adreslemesi olan Ethernet ailesini içermektedir. Altındaki fiziksel sinyalizasyon detaylarını ve üzerindeki birden fazla bağlantı üzerinden çalışan ağ katmanı yönlendirmesini kapsamamaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Bir bit akışı çerçevelere nasıl ayrılır ve iletim hataları nasıl tespit edilir veya düzeltilir?
- Birden fazla düğüm, tek bir yayın kanalını verimli ve adil bir şekilde nasıl paylaşabilir?
- Kanal bölme, rastgele erişim ve sırayla erişim MAC protokolleri arasındaki ödünleşimler nelerdir?
- Öğrenen anahtarlar, yerel alan ağında çerçeveleri nasıl iletir ve yönlendiricilerden farkları nelerdir?
- Ağ katmanı adreslerine ek olarak bağlantı katmanı (MAC) adreslerine neden ihtiyaç duyulmaktadır?
Anahtar kavramlar
- çerçeveleme
- hata tespiti (eşlik, sağlama toplamı, CRC)
- ortam erişim kontrolü (MAC)
- kanal bölme (TDMA, FDMA)
- rastgele erişim (ALOHA, CSMA/CD)
- MAC adresleri
- Ethernet
- bağlantı katmanı anahtarları
- çakışma ve yayın alanları
- adres çözümleme (ARP)
Temel kuramlar
- Rastgele çoklu erişim ve CSMA/CD
- Rastgele erişim protokolleri, düğümlerin veri olduğunda iletim yapmasına ve çakışmalardan kurtulmasına olanak tanımaktadır; klasik Ethernet'te kullanılan taşıyıcı algılamalı çoklu erişim ve çakışma tespiti (CSMA/CD), göndermeden önce dinler ve bir çakışma tespit ettiğinde işlemi durdurur, ardından rastgele bir süre bekler.
- Yedeklilik yoluyla hata tespiti
- Veriden hesaplanan kontrol bitlerinin (eşlik, sağlama toplamları veya döngüsel yedeklilik kontrolleri) eklenmesi, alıcının bir bağlantıda oluşan bit hatalarını tespit etmesine (ve bazen düzeltmesine) olanak tanır, bu da güvenilirlik karşılığında küçük bir ek yük getirmektedir.
- Kendi kendine öğrenen anahtarlamalı LAN'lar
- Ethernet anahtarları, gelen çerçevelerin kaynak adreslerini gözlemleyerek iletme tablolarını otomatik olarak oluşturur ve yayın yapmak yerine seçici olarak iletim yaparak çakışma alanlarını bölümlere ayırır ve yerel alan ağlarının ölçeklenmesini sağlar.
Klinik önem
Bağlantı katmanı teknolojisi, cihazları fiziksel olarak birbirine bağlayan yapıdır: Ethernet anahtarları, kurumsal ve veri merkezi ağlarının omurgasını oluşturmaktadır; Wi-Fi'ın MAC protokolü her kablosuz yerel alan ağını yönetmektedir ve hata tespit kodları, bakırdan fibere ve radyoya kadar her bağlantıdaki veriyi korumaktadır. Düşük gecikmeli veri merkezleri tasarlamak, çakışma ve yayın fırtınası sorunlarını teşhis etmek ve ağları VLAN'lar ile bölümlere ayırmak gibi tüm bu işlemler bağlantı katmanı kavramlarına dayanmaktadır.
Tarihçe
Hawaii Üniversitesi'ndeki ALOHA sistemi (Abramson, 1970'lerin başı), paylaşılan bir radyo kanalı üzerinden rastgele çoklu erişime öncülük etmiştir. Metcalfe ve Boggs, bu fikirleri 1976'da Xerox PARC'ta Ethernet'e uyarlayarak koaksiyel kablo üzerinden CSMA/CD kullanmışlardır. Ethernet daha sonra IEEE 802.3 olarak standartlaştırılmış ve paylaşımlı koaksiyelden anahtarlamalı bükümlü çifte ve fibere evrilerek, çakışma tabanlı çekişmeyi tam çift yönlü anahtarlama ile değiştirmiştir.
Öne çıkan isimler
- Robert Metcalfe
- David Boggs
- Norman Abramson
- Andrew S. Tanenbaum
İlgili konular
Temel eserler
- metcalfe1976
- kurose2021
- tanenbaum2010
Sıkça sorulan sorular
- Anahtar ile yönlendirici arasındaki fark nedir?
- Bir bağlantı katmanı anahtarı, yerel alan ağı içinde MAC adreslerine göre çerçeveleri iletir ve ağ katmanına şeffaftır; oysa bir yönlendirici, ağ katmanı (IP) adreslerine göre ağlar arasında paketleri iletir ve yönlendirme protokollerini çalıştırır. Anahtarlar tek bir LAN oluştururken, yönlendiriciler farklı ağları birbirine bağlar.
- IP adreslerimiz zaten varken neden MAC adreslerine ihtiyacımız var?
- MAC adresleri, yerel bir bağlantıdaki bir ağ arayüzünü tanımlar ve o tek atlama üzerinden teslimat için kullanılırken, IP adresleri küresel adresleme yapısı içinde bir ana bilgisayarı tanımlar ve uçtan uca yönlendirme için kullanılır. İkisi farklı katmanlarda çalışır ve adres çözümleme, bir IP adresini bir sonraki atlamanın MAC adresine eşler.