Bilgisayar Ağları 2025-2026 Final

OSI modelinin üst katmanları (Uygulama, Sunum ve Oturum) veriyi doğrudan “Data/Veri” (veya mesaj) PDU’su (Protokol Veri Birimi) olarak işler. Alt katmanlara inildikçe verinin yapısı ve ismi değişir: Taşıma katmanında segment, ağ katmanında paket, veri bağı katmanında çerçeve (frame) ve fiziksel katmanda ise bit adını alır. Bu nedenle verinin saf “veri” olarak anıldığı katman Oturum katmanıdır.

Veri bağı (Data Link) katmanı, yerel ağdaki cihazların fiziksel adreslemesini ve çerçevelerin (frames) doğru cihaza teslim edilmesini sağlar. Bu adresleme işlemi, ağ arabirim kartlarına (NIC) üretici tarafından atanan, 48 bitlik “MAC (Media Access Control)” fiziksel adresleri ile gerçekleştirilir. IP adresleri ise bir üstte yer alan Ağ (Network) katmanının sorumluluğundadır.

İnternet protokollerinin eski versiyonu olan IPv4 adresleri 32 bit uzunluğunda olup (192.168.1.1 gibi) ondalık (decimal) sayılarla ifade edilir. Ancak internete bağlanan cihaz sayısının artmasıyla IPv4 adresleri tükenmiş ve yerine geliştirilen güncel protokol olan IPv6 devreye girmiştir. IPv6, 128 bit uzunluğunda devasa bir adres uzayına sahiptir ve “on altılık” (hexadecimal) sayı sistemi (örneğin fe80::1) kullanılarak ifade edilir.

OSI referans modelinin en üstünde yer alan Uygulama katmanı (Application layer), son kullanıcıya (tarayıcılar, mail istemcileri vb.) doğrudan hizmet sunan protokolleri barındırır. Web sayfaları için HTTP, e-postalar için SMTP, alan adı çözümü için DNS ve dosyaları internet üzerinden aktarmak için kullanılan “FTP” (File Transfer Protocol) bu katmanda çalışır. (IP ağ katmanında, TCP ve UDP taşıma katmanındadır).

Yerel Alan Ağlarında (LAN – Local Area Network) tarihsel ve pratik olarak kablolu bağlantı standartlarını belirleyen iki dominant teknoloji bulunmaktadır. Bunlar; günümüzde de evlerde ve ofislerde evrensel standart olarak kullanılan IEEE 802.3 standardı olan “Ethernet” ve geçmişte özellikle IBM tarafından geliştirilip kullanılan IEEE 802.5 standardı “Token Ring” (Jetonlu Halka) teknolojileridir.

İletişimde kullanılan sinyaller yapısal olarak analog ve dijital olmak üzere ikiye ayrılır. Analog sinyaller zaman içinde sürekli değişen, dalgalı ve “sinüzoidal” (eğrisel) formdadır (Örn: Ses dalgası). Dijital sinyaller ise kesintili, sadece 0 ve 1 mantıksal değerlerinden oluşan köşeli “kare dalga” formundadır. Bu nedenle “Sinyallerin tümü sinüzoidal dalga formundadır” ifadesi dijital sinyalleri (kare dalgayı) dışladığı için bilimsel olarak yanlıştır.

TCP (Transmission Control Protocol) başlığındaki kontrol bayraklarından (flags) biri olan S (SYN – Synchronize) bitinin ‘1’ olarak işaretlenmesi, bir ağ cihazının karşı taraftaki cihaza “seninle yeni bir güvenilir bağlantı (oturum) başlatmak istiyorum” mesajını ilettiği anlamına gelir. Üçlü el sıkışmanın ilk adımı olan “veri iletimini başlatma” (senkronizasyon kurma) talebidir.

Geleneksel bakır ağ kabloları (koaksiyel veya CAT6 gibi çift bükümlü kablolar) veriyi “elektriksel” sinyaller halinde (voltajla) taşırken; “Fiber Optik Kablolar”, veriyi çok ince cam veya şeffaf plastik kıllar üzerinden, lazer veya LED kaynaklı “ışık (foton)” hızında ve ışık sinyalleriyle taşıyan yüksek bant genişliğine sahip en gelişmiş iletim ortamıdır.

IPv4 paket başlığında (header), bir veri paketinin ağdaki yönlendirme hataları yüzünden sonsuza kadar dolaşmasını (loop/döngü) engellemek amacıyla bir sayaç alanı bulunur. Her yönlendiricide (router) üzerinden geçerken değeri 1 azaltılan bu sayaç sıfıra ulaştığında paket derhal yok edilir. Ağdaki bu kritik güvenlik sayacına “Time to Live” (TTL – Yaşam Süresi) adı verilir.

Orijinal TCP/IP (DoD) modeli 4 katmanlı (Uygulama, Taşıma, İnternet, Ağ Erişimi) olarak tasarlanmış olsa da; günümüz modern ağ mühendisliği eğitiminde ve akademik standartlarda (örneğin Kurose/Ross ağ modellerinde) TCP/IP ile OSI modelinin harmanlanmasıyla; Uygulama, Taşıma, Ağ, Veri Bağı ve Fiziksel olmak üzere “5” katmanlı bir referans (hibrit) TCP/IP modeli standart olarak kabul edilmektedir. (7 katmanlı olan OSI modelidir).

Geleneksel telefon hatlarındaki gibi iletişimin başından sonuna kadar arayan ve aranan arasında özel, tahsis edilmiş ve başkasının giremediği bir yol kullanılıyorsa buna “Devre Anahtarlama” denir. İnternetin temelini oluşturan, verinin küçük parçalara (paketlere) bölündüğü ve her paketin ağdaki ortak, “paylaşımlı” yolları (bant genişliğini) diğer kullanıcılarla birlikte rekabet halinde kullanarak hedefe ulaştığı esnek anahtarlama türüne ise “Paket Anahtarlama” (Packet Switching) denir.

Farklı dilleri konuşan insanların anlaşabilmesi için ortak bir dile ihtiyaç duyması gibi; farklı işletim sistemlerine (Windows, Mac, Linux) ve farklı donanımlara sahip cihazların ağ üzerinde iletişim kurabilmesi, veriyi hata yapmadan aktarabilmesi ve birbirini anlayabilmesi için uymaları gereken evrensel kural dizilerine ve donanımsal standartlar bütününe bilgisayar biliminde “Protokoller” (Protocols) adı verilir (HTTP, TCP, IP gibi).

Veri Bağı katmanının alt katmanı olan MAC (Ortam Erişim Kontrolü / Media Access Control) protokolleri; çoklu cihazın aynı kabloya veya ortak hava ortamına çakışma olmadan nasıl erişeceğini düzenler. Bu protokoller ağın yapısına göre: 1) Rastgele Erişim (Random Access – CSMA/CD gibi), 2) Kontrollü Erişim (Controlled Access – Token Passing gibi) ve 3) Kanallama (Channelization – TDMA/FDMA/CDMA gibi) olmak üzere temel olarak “3” ana kategoriye ayrılır.

Taşıma katmanında çalışan TCP (güvenilir) ve UDP (hızlı ama güvenilmez) protokollerinin başlık (header) yapıları birbirinden farklıdır. Ancak, her iki protokolün başlığında da verinin taşıma sırasında bozulup bozulmadığını kontrol etmeye yarayan, veri bütünlüğünü matematiksel bir özetle test eden “Checksum (Sağlama)” alanı zorunlu ve ortak olarak yer almaktadır.

Ağ donanımlarından Göbek (Hub) cihazları, OSI modelinin 1. katmanında çalışan “aptal” (yönetilemez) cihazlardır. Switch (anahtar) cihazları gibi veriyi sadece hedefe yönlendirmezler. Hub’lar bir porttan gelen veriyi, kime ait olduğuna bakmaksızın cihazdaki tüm portlara çoğaltarak yayınlarlar (broadcast yaparlar). Bu nedenle ağdaki tüm bilgisayarlar aynı çarpışma etki alanını (collision domain) kullanır, yani hub’lar bilgisayarlara özel ve bağımsız değil, herkesin trafiğini gördüğü “paylaşımlı” (shared) bir yol sunarlar.

İnternet tarayıcılarında (Chrome, Safari vb.) web sayfalarında gezinirken arka planda sunucu ile istemci arasında HTTP protokolü durum kodları (status codes) döner. İstemcinin girmeye çalıştığı bir sayfanın (kaynağın) sunucuda fiziksel olarak mevcut olmadığını, silindiğini veya URL bağlantısının yanlış yazıldığını belirten, internet kültürünün en meşhur HTTP hata (cevap) kodu “404 Not Found” (Bulunamadı) kodudur.

Bilgisayar ve telekomünikasyon ağlarında “Anahtarlama” (Switching), verinin (veya sesin) kaynak cihazdan hedef cihaza giderken hangi yollardan geçeceğini, ara düğümlerde (switch/router gibi santrallerde) nasıl yönlendirileceğini ve iletişim hatlarının nasıl paylaşılacağını (devre veya paket bazlı) belirleyen “Verinin İletim Biçimi” ile doğrudan ilgili olan temel ve fiziksel bir ağ tasarım konseptidir.

Ağ mimarilerinde “Güvenilirlik” (verinin hatasız, kayıpsız, eksiksiz ve sırasıyla ulaşmasını garanti etme işlemi); iki farklı aşamada donanımsal ve yazılımsal olarak denetlenir. Birincisi, yerel ağda iki cihaz arasında “düğümden düğüme” (node-to-node) hata kontrolü yapan 2. Katman (Veri Bağı Katmanı – Data Link) ile; ikincisi, ağın geneli üzerinden yazılım bazında “uçtan uca” (end-to-end) hata ve sıra onayı (ACK) sunan 4. Katman (Taşıma Katmanı – Transport, özellikle TCP protokolü) tarafından sunulmaktadır.

OSI modelinin 2. katmanı olan Veri Bağı Katmanı’nın (Data Link Layer) en temel görevleri; ağ katmanından gelen paketleri “çerçevelere” (frame) bölmek, ağ cihazları arasında fiziksel MAC adreslemesini yapmak, hata kontrolü sağlamak ve alıcı cihazın veri bombardımanı altında kalarak boğulmasını engellemek amacıyla gönderici ile alıcı arasındaki veri iletim hızını senkronize eden “Akış Kontrolü”nü (Flow Control) yönetmektir. (Şifreleme ve sıkıştırma işlemleri 6. Sunum Katmanının görevidir).

Topoloji, cihazların birbirine nasıl bağlandığının fiziksel şemasıdır. “Örgü” (Mesh) topolojisinde ağdaki her bir cihaz, diğer tüm cihazlara ayrı ayrı ve doğrudan fiziksel bir kablo ile bağlıdır (Bağlantı sayısı formülü: n(n-1)/2). Bu kadar fazla port, aktif donanım bağlantısı ve devasa kablo altyapısı kullanımı; kurulum maliyetini aşırı artırdığı gibi, tüm bu portların aktif tutulabilmesi için çok “fazla güç tüketimi” ve donanımsal yük gerektirmesi gibi büyük bir dezavantaja sahiptir.

OSI modelinin 3. katmanı olan Ağ Katmanı (Network Layer), farklı ağlar (örneğin evinizdeki ağ ile YouTube sunucusunun bulunduğu ağ) arasındaki iletişimi sağlar. Cihazlara mantıksal IP adresleri atanması, paketlerin en uygun yol seçilerek (routing işlemi yapılarak) hedef ağa ulaştırılması doğrudan bu katmanın ve router (yönlendirici) cihazlarının asli görevidir.

TCP’de veri aktarımı öncesinde bağlantı kurulumu 3 ardışık adımda gerçekleşir. Önce istemci sunucuya bağlantı kurmak istediğini belirten ‘SYN’ (Synchronize) paketi gönderir. Sunucu bu talebi aldığını ve kabul ettiğini bildirmek için hem onay hem de kendi senkronizasyon talebi olan ‘SYN-ACK’ (Senkronize-Onay) paketiyle döner. Son olarak istemci, sunucunun paketini aldığını onaylayan ‘ACK’ (Acknowledgment) paketini yollar ve güvenilir iletişim başlar.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), bir ağa bağlanan cihazlara manuel (elle) IP atama ve ağ geçidi girme zahmetini ortadan kaldıran sistemdir. Cihaz ağa katıldığında arka planda DHCP sunucusuyla konuşur ve IP havuzundan otomatik olarak kiralık, çakışmayan IP adresleri ve diğer hayati ağ parametrelerini anında almasını sağlayan çok kritik bir uygulama katmanı protokolüdür.

UDP, TCP’nin aksine veri iletiminden önce bir 3-yollu el sıkışma veya oturum kurmaz (bağlantısızdır). Paketlerin karşı tarafa ulaşıp ulaşmadığını kontrol etmez veya sırasını denetlemez (ACK mekanizması yoktur). Bu nedenle ağ mühendisliğinde “güvenilmez” olarak nitelendirilir ancak bu hata denetim mekanizmalarının olmaması başlık boyutunu küçültür ve onu TCP’den çok daha hızlı ve gecikmesiz (real-time) bir protokol yapar. Özellikle canlı video yayınlarında ve online oyunlarda tercih edilir.

Fiziksel Katman (Physical Layer), yedi katmanlı OSI modelinin 1. (en alt) katmanıdır. Doğrudan donanımlarla (Ethernet kartları, hub’lar), kablo tipleriyle (fiber, UTP), voltaj seviyeleriyle ve sinyal türleriyle (analog/dijital) ilgilenir. Üst katmanlardan (yazılımdan) gelen bit (0 ve 1) dizilerini alıp, fiziksel taşıma ortamına (kabloya elektriksel voltaj, fiber optiğe ışık, havaya elektromanyetik radyo dalgası olarak) aktarmak bu katmanın asli görevidir.