Bilgisayar ağları: açıklamalı alıştırma soruları

1Bilgisayar ağı nedir

Ağ, veri alışverişi yapan cihazlar grubudur: dizüstü bilgisayarlar, telefonlar, sunucular, yazıcılar. Üzerindeki cihazlara ana bilgisayar (host) denir.

Tek bir bina ya da kampüs içindeki ağ bir LAN’dır (yerel alan ağı). Şehirler ya da ülkeler arasındaki ağ bir WAN’dır (geniş alan ağı). İnternet milyonlarca ağı birbirine bağlar.

Veri tek uzun bir akış olarak gitmez. Paketler adı verilen küçük parçalara kesilir ve her paket hedefe kendi yolunu bulur.

Cihazlar ancak aynı kurallara uyarlarsa birbirini anlayabilir. Mesajların biçimi ve sırası için böyle bir kurallar kümesi bir protokoldür. TCP, IP ve HTTP protokollerdir.

Çoğu hizmet istemci–sunucu modelini izler: tarayıcınız gibi bir istemci bir istek gönderir, bir sunucu yanıtı geri gönderir.

İki sözcük bir bağlantının ne kadar hızlı olduğunu anlatır. Bant genişliği en yüksek veri hızıdır, örneğin 100 Mbit/s. Gecikme (latency), verinin ulaşmasından önceki gecikmedir, milisaniye cinsinden ölçülür.

2Katmanlar ve kapsülleme

Ağ iletişimi katmanlara bölünür. Her katman bir sorunu çözer ve altındaki katmanı kullanır. OSI modelinin 7 katmanı vardır; internette kullanılan TCP/IP modeli bunları 4 ya da 5’te toplar.

• 1 Fiziksel: ham bitleri kablolar ve hava üzerinden elektrik, ışık ya da radyo sinyalleri olarak gönderir.
• 2 Veri bağlantı: MAC adreslerini kullanarak aynı yerel ağdaki cihazlar arasında çerçeveleri iletir. Ethernet ve Wi-Fi buradadır.
• 3 Ağ: IP adreslerini kullanarak ağlar arasında paketleri iletir. Yönlendiriciler (router) burada çalışır.
• 4 Taşıma: port numaralarını kullanarak programlar arasında veri iletir. TCP segmentler gönderir; UDP datagramlar gönderir.
• 5–7 Oturum, sunum, uygulama: insanların kullandığı hizmetler; web için HTTP, adlar için DNS ve e-posta için SMTP gibi.

Veri gönderilirken her katman, üstteki katmandan gelen verinin önüne kendi başlığını (header) ekler. Buna kapsülleme denir. Alıcı başlıkları ters sırayla kaldırır.

TCP önce bir bağlantı kurar (üç yönlü el sıkışma SYN, SYN-ACK, ACK). Veriyi numaralandırır, onayları bekler ve kaybolanı yeniden gönderir. Güvenilir ve sıralıdır.

UDP bağlantısız ve yeniden göndermeden gönderir. Daha hızlıdır ve gecikmenin kaybolan bir paketten daha önemli olduğu yerlerde kullanılır: canlı video, oyunlar ve kısa DNS sorguları.

3Adresler, cihazlar ve yardımcı protokoller

Üç tür adres birlikte çalışır, her katmanda bir tane:

• MAC adresi (katman 2): bir ağ kartının 48 bitlik donanım adresi. Yalnızca yerel ağ içinde kullanılır.
• IP adresi (katman 3): IPv4 adresi 32 bit, IPv6 adresi 128 bittir. Bir ana bilgisayarın internette nerede olduğunu söyler.
• Port numarası (katman 4): ana bilgisayardaki programı seçer. Bilinen portlar 0’dan 1023’e gider: HTTP 80, HTTPS 443, SSH 22, DNS 53, SMTP 25.

Cihazlar aynı katmanları izler. Hub (katman 1) her sinyali tüm portlara kopyalar. Anahtar (switch) (katman 2) bir çerçeveyi yalnızca hedef MAC adresinin portuna gönderir. Yönlendirici (katman 3) paketleri ağlar arasında iletir.

Birkaç yardımcı protokol bunun çalışmasını sağlar:

• DHCP, bir ana bilgisayara ağa katıldığında IP adresini, maskesini, varsayılan ağ geçidini ve DNS sunucusunu verir.
• DNS, example.com gibi bir adı, telefon rehberi gibi bir IP adresine çevirir.
• ARP, yerel ağda bir IP adresine ait MAC adresini bulur.
• ICMP hata ve test mesajları taşır. ping komutu ICMP yankı isteklerini kullanır.
• NAT, özel adresli (10.x, 172,16–31.x, 192,168.x) birçok cihazın tek bir genel adresi paylaşmasını sağlar.

Varsayılan ağ geçidi, hedef kendi alt ağının dışındayken ana bilgisayarın her paketi gönderdiği yönlendiricidir.

4Adım adım yöntem

Tanımlardan arıza giderme olgularına kadar çoğu soru aynı adımlarla yanıtlanabilir.

1. Katmanı bulun. Soru sinyaller, çerçeveler ve MAC adresleri, paketler ve IP adresleri, portlar ve bağlantılar ya da bir uygulama hakkında mı?
2. O katmanda çalışan cihazı ya da protokolü adlandırın: hub, anahtar veya yönlendirici; Ethernet, IP, TCP veya UDP; DNS, DHCP ya da HTTP.
3. Bir arıza için hâlâ çalışanları ve başarısız olanları sıralayın. Çalışan bir şey, altındaki her katmanın sağlam olduğunu kanıtlar.
4. Başarısız olan her şeyi açıklayabilen en alt katmanı arayın. En olası neden budur.
5. Cevabınızı sorudaki diğer olgularla karşılaştırın: hepsini açıklamalıdır.

Kısa hesaplar için: iletim gecikmesi paket boyutunun bağlantı hızına bölünmesi, yayılım gecikmesi ise mesafenin sinyal hızına bölünmesidir.

5Çözümlü bir örnek

Her adımı izleyin. Açmadan önce bir sonrakini tahmin etmeye çalışın.

6Sık yapılan hatalar

• DNS ile DHCP’yi karıştırmak. DNS adları adreslere çevirir; DHCP adresleri dağıtır.
• Anahtar ile yönlendiriciyi karıştırmak. Anahtar tek bir ağ içinde MAC adreslerini kullanır; yönlendirici ağlar arasında IP adreslerini kullanır.
• UDP’nin “kötü TCP” olduğunu sanmak. Düşük gecikme, kaybolan verinin yeniden gönderilmesinden daha önemli olduğunda bilerek seçilir.
• Bant genişliğini (kapasite) gecikmeyle (delay) karıştırmak.
• Port numaralarını ağ katmanına koymak. Portlar taşıma katmanına, IP adresleri ağ katmanına aittir.
• Varsayılan ağ geçidini unutmak. O olmadan bir ana bilgisayar kendi alt ağına ulaşır ama ötesine ulaşamaz.

7Sınav soruları nasıl görünür

• Kolay: anahtar terimler ve olgular. OSI katman sayısı, DNS ya da DHCP’nin ne yaptığı, varsayılan port numaraları, bir IPv4 adresinin boyutu.
• Orta: kavramları uygulama. Bir cihazın katmanı, bir protokolün neden seçildiği, ARP, NAT veya TCP el sıkışmasının ne yaptığı, küçük alt ağ ve gecikme hesapları.
• Zor: olgular ve analiz. Arıza giderme senaryoları, kayıp ve tıkanıklık altında TCP davranışı, yönlendirme protokolleri, ARP sahteciliği ya da SYN taşması gibi saldırılar ve TLS.

Her sorunun dört seçeneği vardır. Önce yanlış katmana ait seçenekleri eleyin; çoğu zaman yalnızca biri kalır.