Ağ Mimarisi ve Katmanlama
Ağ mimarisi, bir iletişim sisteminin protokol katmanlarına ayrılmasıdır; bu katmanların her biri üst katmana hizmet sunarken alt katman üzerine inşa edilir. Bu sayede, ana bilgisayarlar arasında veri taşıma gibi karmaşık bir sorun, yönetilebilir ve iyi tanımlanmış parçalara ayrılmış olur.
Tanım
Bir ağ mimarisi, her katmanın sunduğu hizmetler ve katmanlar arasındaki arayüzlerle birlikte, verilerin bir ağ üzerinden nasıl iletildiğini tanımlayan yapılandırılmış bir katman ve protokol kümesidir.
Kapsam
Bu alan, bilgisayar ağlarının yapısal prensiplerini kapsamaktadır: katmanlı protokol yığınları (yedi katmanlı OSI referans modeli ve beş katmanlı İnternet/TCP-IP modeli), ağ kenarı (ana bilgisayarlar ve erişim ağları) ile ağ çekirdeği (anahtarlar ve yönlendiriciler) arasındaki ayrım, paket anahtarlama ve devre anahtarlama olmak üzere iki temel anahtarlama stratejisi ve ağ performansını karakterize etmek için kullanılan verim, gecikme ve paket kaybı gibi metrikler. Mimariyi, ilgili diğer alanlarda ele alınan alt ve üst katman mekanizmalarının ayrıntılı mekanizmalarından ziyade, tüm bu mekanizmalar için bir çerçeve bağlamı olarak ele almaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Ağ işlevselliği neden katmanlara ayrılmıştır ve katmanlamanın maliyetleri ile faydaları nelerdir?
- OSI yedi katmanlı modeli ile İnternet beş katmanlı modeli nasıl farklılaşır ve İnternet modeli pratikte neden üstün gelmiştir?
- Ağ kenarını ağ çekirdeğinden ayıran nedir?
- Paket anahtarlama ve devre anahtarlama, kaynak paylaşımı, gecikme ve güvenilirlik açısından nasıl farklılık gösterir?
- Bir ağın sunduğu performansı hangi metrikler — verim, gecikme, titreme (jitter) ve kayıp — karakterize eder?
Anahtar kavramlar
- protokol katmanları
- OSI referans modeli
- TCP/IP (İnternet) modeli
- kapsülleme
- ağ kenarı ve çekirdeği
- paket anahtarlama
- devre anahtarlama
- istatistiksel çoğullama
- verim, gecikme ve kayıp
- uçtan uca argüman
Temel kuramlar
- Protokol katmanlama ve hizmet-arayüz soyutlaması
- Ağlar, her katmanın bir arayüz aracılığıyla üst katmana tanımlı bir hizmet sunduğu ve altındaki uygulamayı gizlediği bir katman yığını olarak düzenlenmiştir; bu modülerlik, arayüzler korunduğu sürece katmanların bağımsız olarak gelişmesine olanak tanır.
- Uçtan uca argüman
- Güvenilir teslimat ve güvenlik gibi işlevlerin, ağ çekirdeğinde değil, iletişim kuran uç ana bilgisayarlarda uygulanması en iyisidir, çünkü çekirdek genellikle bunları doğru bir şekilde tamamlayamaz ve bunlara ihtiyaç duymayan akışlara maliyet yükleyebilir; bu prensip İnternet'in tasarımını şekillendirmiştir.
- Paket anahtarlamada istatistiksel çoğullama
- Paket anahtarlama, bağlantı kapasitesini birçok akış arasında talep üzerine paylaşarak, trafik ani olduğunda yüksek kullanım sağlar; ancak bu durum, değişken kuyruk gecikmesi ve olası kayıp maliyetiyle gelir — bu, devre anahtarlamanın ayrılmış ancak potansiyel olarak boşta kalan kapasitesinin aksinedir.
Klinik önem
Katmanlı mimari, esasen tüm modern ağ oluşturmanın arkasındaki düzenleyici prensiptir: bir web tarayıcısının, bir Wi-Fi adaptörünün ve bir denizaltı fiber bağlantısının, hiçbir bileşenin diğerlerinin iç işleyişini bilmeden birlikte çalışmasına olanak tanır. Kenar-çekirdek ve paket-devre anahtarlama arasındaki farkı anlamak, kapasite planlaması, bulut veri merkezi tasarımı ve video konferans ile çevrimiçi oyun gibi gecikmeye duyarlı uygulamalar hakkında akıl yürütmek için temel teşkil etmektedir.
Tarihçe
Katmanlı iletişim mimarisi, 1970'lerde ARPANET ile ve Zimmermann tarafından 1980'de resmileştirilen OSI referans modelinin paralel gelişimiyle kristalleşmiştir. Cerf ve Kahn'ın TCP/IP protokol paketi ve Clark tarafından 1988'de dile getirilen tasarım felsefesi, nihayetinde baskın hale gelen daha basit İnternet modelini oluşturmuştur. Kapsamlı OSI yığını ile pragmatik TCP/IP yığını arasındaki gerilim, ağ oluşturmanın şekillendirici tartışmalarının çoğunu tanımlamıştır.
Tartışmalar
- OSI yedi katmanlı modeli ile TCP/IP modeli karşılaştırması
- OSI modeli, ayrı oturum ve sunum katmanlarına sahip daha zengin bir pedagojik referanstır, ancak daha yalın beş katmanlı TCP/IP modeli gerçek İnternet uygulamalarıyla eşleşmiş ve pratikte üstün gelmiştir; ders kitapları hala her ikisini de öğretmektedir, çünkü OSI, İnternet yığınının birleştirdiği işlevleri açıklığa kavuşturmaktadır.
Öne çıkan isimler
- Hubert Zimmermann
- David D. Clark
- Vinton Cerf
- Robert Kahn
- Andrew S. Tanenbaum
İlgili konular
Temel eserler
- kurose2021
- tanenbaum2010
- clark1988
Sıkça sorulan sorular
- Ağlar neden tek bir monolitik sistem yerine katmanlar halinde inşa edilir?
- Katmanlama, zor bir problemi temiz arayüzlere sahip daha küçük parçalara ayırır, böylece her katman bağımsız olarak tasarlanabilir, uygulanabilir ve değiştirilebilir. Yeni bir fiziksel ortam, uygulamaları değiştirmeden eklenebilir ve yeni bir uygulama, beklenen alt katman hizmetlerini sağlayan herhangi bir ağ üzerinde çalışabilir.
- İnternet paket anahtarlamalı mı yoksa devre anahtarlamalı mı çalışır?
- İnternet temel olarak paket anahtarlamalıdır: veriler, adım adım iletilen ve bağlantı kapasitesini istatistiksel olarak paylaşan paketlere ayrılır. Bazı erişim ve taşıma teknolojileri devreleri taklit edebilir veya kaynakları rezerve edebilir, ancak çekirdek IP katmanı paket anahtarlamayı kullanır.