Veri Bağlantısı Katmanı: Ağ İletişiminin Omurgası

Veri Bağlantısı Katmanı

Şekilde gösterildiği gibi OSI modelinin veri bağlantısı katmanı (2.Katman) ağ verilerini fiziksel ağ için hazırlar. Veri bağlantısı katmanı, ağ arayüz kartından (NIC) ağ arayüz kartına iletişiminden sorumludur. Veri bağlantısı katmanı aşağıdakileri yapar:

• Üst katmanların medyaya erişmesini sağlar. Üst katman protokolü, verileri iletmek için kullanılan medya türünün farkında değildir.
• Verileri, genellikle 3.Katman paketlerini (örn. IPv4 veya IPv6) kabul eder ve bunları 2.Katman çerçevelerine kapsüller.
• Verilerin medyaya nasıl yerleştirildiğini ve alındığını kontrol eder.
• Ağ medyası üzerinden, uç noktalar arasında çerçeveleri değiş tokuş eder.
• Kapsüllenmiş verileri, genellikle 3.Katman paketlerini alır ve bunları uygun üst katman protokolüne yönlendirir.
• Hata algılaması gerçekleştirir ve bozuk çerçeveleri reddeder.

Bilgisayar ağlarında düğüm, bir iletişim yolu boyunca veri alabilen, oluşturabilen, depolayabilen veya iletebilen bir aygıttır. Düğüm, dizüstü bilgisayar veya cep telefonu gibi bir uç aygıtı veya Ethernet switchi gibi bir aracı aygıt olabilir.

Veri bağlantı katmanı olmadan, IP gibi ağ katmanı protokolleri, bir teslimat yolu boyunca var olabilecek her tür medyaya bağlanmak için hazırlık yapmak zorundadır. Ayrıca, her yeni bir ağ teknolojisi veya medyası geliştirildiğinde, IP’nin buna uyum sağlaması gerekir.

Şekilde, veri bağlantı katmanının 2.Katman Ethernet hedefi ve kaynak NIC bilgilerini 3.Katman paketine nasıl eklediğine dair bir örnek görüntülenmektedir. Daha sonra bu bilgileri fiziksel katman (yani, 1.Katman) tarafından desteklenen bir biçime dönüştürür.

IEEE 802 LAN/MAN Veri Bağlantısı Alt Katmanları

IEEE 802 LAN/MAN standartları Ethernet LAN’larına, kablosuz LAN’lara (WLAN), kablosuz kişisel alan ağlarına (WPAN) ve diğer yerel ve metropol alan ağlarına özgüdür. IEEE 802 LAN/MAN veri bağlantısı katmanı aşağıdaki iki alt katmandan oluşur:

• Mantıksal Bağlantı Kontrolü – Logical Link Control (LLC) – Bu IEEE 802.2 alt katmanı üst katmanlardaki ağ yazılımı ile alt katmanlardaki aygıt donanımı arasında iletişim kurar. Çerçeve için hangi ağ katmanı protokolünün kullanıldığını tanımlayan bilgileri çerçeveye yerleştirir. Bu bilgiler, IPv4 ve IPv6 gibi birden çok 3. Katman protokolünün aynı ağ arayüzünü ve medyasını kullanmasını sağlar.
• Medya Erişim Denetimi – Media Access Control (MAC) – Bu alt katmanı (IEEE 802.3, 802.11 veya 802.15) donanıma uygular. Veri kapsülleme ve medya erişim kontrolünden sorumludur. Veri bağlantısı katmanı adresleme sağlar ve çeşitli fiziksel katman teknolojileri ile entegredir.

Şekil, veri bağlantısı katmanının iki alt katmanını (LLC ve MAC) göstermektedir.

LLC alt katmanı genellikle bir IPv4 ve IPv6 paketi şeklinde olan ağ protokolü verisini alır ve paketin hedef düğüme teslim edilmesine yardımcı olmak için 2. Katman kontrol bilgilerini ekler. 

MAC alt katmanı, NIC’i ve kablolu veya kablosuz LAN/MAN medyasına veri gönderip almaktan sorumlu olan diğer donanımları kontrol eder.

MAC alt katmanı veri kapsülleme sağlar:

• Çerçeve sınırlama (Frame delimiting) – Çerçeveleme işlemi, bir çerçeve içindeki alanları tanımlamak için önemli sınırlayıcılar sağlar. Bu sınırlayıcı bitler, verici ve alıcı düğümler arasında senkronizasyon sağlar.
• Adresleme (Addressing)– 2.Katman çerçevesinin aynı paylaşılan medyadaki aygıtlar arasında taşınması için kaynak ve hedef adresleme sağlar.
• Hata algılama (Error detection) – İletim hatalarını tespit etmek için kullanılan bir trailer içerir.

MAC alt katmanı, birden fazla cihazın paylaşılan (yarı çift yönlü) bir medya üzerinden iletişim kurmasına izin vererek medya erişim kontrolü de sağlar. Tam çift yönlü iletişim erişim kontrolü gerektirmez.

Medyaya Erişim Sağlama

Paketlerin yerel hosttan uzak hosta yolculuk ederken karşılaştığı her ağ medyası farklı özelliklere sahip olabilir. Örneğin, bir Ethernet LAN genellikle ağ medyasına erişim için yarışan birçok hosttan oluşur. MAC alt katmanı bunu çözer. Seri bağlantılarla erişim yöntemi yalnızca iki cihaz arasında, genellikle iki router arasında doğrudan bir bağlantıdan oluşabilir. Bu nedenle, IEEE 802 MAC alt katmanı tarafından kullanılan teknikleri gerektirmez.

Router arayüzleri, paketi uygun çerçeveye kapsüle eder. Her bağlantıya erişmek için uygun bir medya erişim kontrol yöntemi kullanılır. Herhangi bir ağ katmanı paketi değiş tokuşunda, çok sayıda veri bağlantısı katmanı ve medya geçişleri olabilir.

Yol boyunca her atlamada, router aşağıdaki 2.Katman işlevlerini gerçekleştirir:

1. Medyadan gelen çerçeveyi kabul etme
2. Çerçevenin kapsülünü açma
3. Çerçeveyi yeni bir çerçevede kapsülleme
4. Yeni çerçeveyi fiziksel ağın o segmentinin medyasına uygun olarak iletme

Şekildeki router LAN’a bağlanmak için Ethernet arayüzüne ve WAN’a bağlanmak için seri arayüze sahiptir. Router çerçeveleri işlerken, çerçeveyi bir medyadan almak, 3.Katman PDU’su olarak kapsülünü açmak, PDU’yu yeni bir çerçeveye kapsüllemek ve çerçeveyi ağın sonraki bağlantısının medyasına yerleştirmek için veri bağlantısı katmanı hizmetlerini kullanacaktır.

Veri Bağlantısı Katmanı Standartları

Veri bağlantısı katmanı protokolleri, TCP/IP paketinin üst katmanlarının protokollerinden farklı olarak, genellikle Açıklama İsteği (RFC) tarafından tanımlanmaz. İnternet Mühendisliği Görev Gücü (IETF), üst katmanlardaki TCP/IP protokol paketi için işlevsel protokolleri ve hizmetleri korur, ancak TCP/IP ağ erişim katmanının işlevlerini ve çalışmasını tanımlamazlar.

Ağ erişim katmanı (yani OSI fiziksel ve veri bağlantı katmanları) için geçerli açık standartları ve protokolleri tanımlayan mühendislik kuruluşları arasında aşağıdakiler bulunmaktadırlar:

• Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü (IEEE)
• Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU)
• Uluslararası Standardizasyon Teşkilatı (ISO)
• Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI)

Bu kuruluşlar için logolar şekilde gösterilmiştir.

Topolojiler

Fiziksel ve Mantıksal Topolojiler

Çerçeveleri bir cihazdan diğerine aktarmak için neyin gerekli olduğunu belirleyebilmek için bir ağın mantıksal topolojisi bilinmelidir.

Bir ağın topolojisi, ağ cihazlarının düzenlenmesi veya ilişkisi ve aralarındaki ara bağlantılardır.

LAN ve WAN ağlarını açıklarken kullanılan iki tür topoloji vardır:

• Fiziksel topoloji  – Fiziksel bağlantıları ve uç cihazlarla ara cihazların (yani routerlar, switchler ve kablosuz erişim noktaları) nasıl bağlandığını tanımlar. Topoloji ayrıca oda numarası ve donanım rafındaki konum gibi belirli cihaz konumunu da içerebilir. Fiziksel topolojiler genellikle noktadan noktaya veya yıldızdır.
• Mantıksal topoloji -Ağın çerçeveleri bir düğümden sonrakine aktarma biçimine işaret eder. Bu topoloji, aygıt arayüzlerini ve 3.Katman IP adresleme şemalarını kullanarak sanal bağlantıları tanımlar.

Veri bağlantısı katmanı, medyaya veri erişimini kontrol ederken ağın mantıksal topolojisini “görür”. Kullanılacak ağ çerçeveleme türünü ve medya erişim kontrolünü etkileyen unsur mantıksal topolojidir.

Şekilde, küçük bir örnek ağ için örnek bir physical (fiziksel) topoloji gösterilmektedir.

Fiziksel Topoloji

Mantıksal Topoloji

WAN Topolojileri

Şekiller, WAN’ların üç yaygın fiziksel WAN topolojisi kullanılarak nasıl birbirine bağlandığını göstermektedir.

Noktadan Noktaya (Point-to-Point): Bu en basit ve en yaygın WAN topolojisidir. İki uç nokta arasında kalıcı bir bağlantıdan oluşur.

Merkez ve Uç (Hub and Spoke): Merkezi yerleşkenin noktadan noktaya bağlantıları kullanarak şube tesislerini birbirine bağladığı yıldız topolojisi WAN sürümüdür. Şube siteleri merkezi siteden geçmeden diğer şube siteleriyle veri alışverişi yapamaz.

Örgü (Mesh): Bu topoloji yüksek kullanılabilirlik sağlar, ancak her uç sistemin diğer tüm sistemlerle birbirine bağlanmasını gerektirir. Dolayısıyla yönetimsel ve fiziksel maliyetler yüksek olabilir. Her bağlantı temelde diğer düğüme noktadan noktaya bağlantıdır.

Hibrit, herhangi bir topolojinin bir varyasyonu veya kombinasyonudur. Örneğin, kısmi bir mesh, bazılarının, ancak hepsinin değil, uç aygıtlarının birbirine bağlı olduğu bir karma topolojidir.

Noktadan Noktaya WAN Topolojisi

Fiziksel noktadan noktaya topolojiler şekilde gösterildiği gibi doğrudan iki düğümü birbirine bağlar. Bu düzenlemede iki düğüm medyayı diğer hostlarla paylaşmak zorunda değildir. Ayrıca, Noktadan Noktaya Protokolü (PPP) gibi bir seri iletişim protokolü kullanırken, bir düğümün, gelen bir çerçevenin kendisi veya başka bir düğüm için hedeflenip hedeflenmediği konusunda herhangi bir belirleme yapması gerekmez. Bu nedenle, medyadaki tüm çerçeveler sadece iki düğüme veya bunlardan dışarı yolculuk edebileceği için, mantıksal veri bağlantısı protokolleri çok basit olabilir. Düğüm çerçeveleri bir uca medyaya yerleştirir ve bu çerçeveler noktadan noktaya devrenin diğer ucundaki düğüm tarafından medyadan alınır.

Not: Ethernet üzerinden noktadan noktaya bağlantı, aygıtın gelen çerçevenin bu düğüm için hedef olup olmadığını belirlemesini gerektirir .

Bir kaynak ve hedef düğüm, birden çok aracı cihaz kullanılarak dolaylı olarak bir coğrafi mesafe boyunca birbirine bağlanabilir. Ancak, ağda fiziksel cihazların kullanımı, şekilde gösterildiği gibi mantıksal topolojiyi etkilemez. Şekilde, ara fiziksel bağlantıların eklenmesi mantıksal topolojiyi değiştirmeyebilir. Mantıksal noktadan noktaya bağlantı aynıdır.

LAN Topolojileri

Çoklu erişimli LAN’larda, uç cihazlar (yani düğümler) şekilde gösterildiği gibi yıldız veya genişletilmiş yıldız topolojileri kullanılarak birbirine bağlanır. Bu tür topolojide, uç cihazlar merkezi bir aracı cihaza, bu durumda bir Ethernet Switch’e bağlanır. Genişletimiş yıldız extended star birden fazla Ethernet Switch’i birbirine bağlayarak bu topolojiyi genişletir. Yıldız ve genişletilmiş topolojilerin kurulumu kolaydır, çok ölçeklenebilirdirler (uç cihazların eklenmesi ve çıkarılması kolaydır) ve sorun giderilmesi kolaydır. İlk yıldız topolojileri, Ethernet hub’ları kullanarak uç cihazları birbirine bağlıyordu.

Zaman zaman Ethernet LAN’a bağlı sadece iki cihaz olabilir. Örnek birbirine bağlı iki router. Bu, noktadan noktaya topolojide kullanılan Ethernet’in bir örneği olacaktır.

Eski LAN Topolojileri

Eski Ethernet ve eski Token Ring LAN teknolojileri, diğer iki tür topolojiyi içeriyordu:

• Veriyolu – Tüm uç sistemler birbirine zincirlenmiştir ve her iki uçta bir biçimde sonlandırılır. Uç cihazları birbirine bağlamak için switch gibi altyapı cihazlarına gerek yoktur. Eski Ethernet ağları genellikle ucuz ve kurulumu kolay olduğu için koaksiyel kablo kullanan veri yolu topolojileriydi.
• Halka – Uç sistemleri bir halka oluşturacak şekilde kendi komşularına bağlanır. Veri yolu topolojisinden farklı olarak halkanın sonlandırılmasına gerek yoktur. Halka topolojileri eski Fiber Dağıtılmış Veri Arayüzü (FDDI) ve Token Ring ağlarında kullanılıyordu.

Şekiller, LAN’larda uç cihazların nasıl birbirine bağlandığını göstermektedir. Ağ grafiklerindeki düz bir çizginin, basit bir yıldız ve genişletilmiş bir yıldız içeren bir Ethernet LAN’ı göstermesi yaygındır.

Tek ve Tam Çift Yönlü İletişim

LAN topolojilerini anlatırken dubleks iletişimi anlamak önemlidir, çünkü iki cihaz arasındaki veri iletiminin yönünü ifade eder. İki yaygın dubleks modu vardır.

Half-duplex communication

Her iki cihaz da medyada hem iletebilir hem alabilir, ancak eşzamanlı olarak yapamaz. Ethernet hub’lu WLAN’lar ve eski veri yolu topolojileri tek yönlü modu kullanır. Tek Yönlü, paylaşılan medyada tek bir aygıtın aynı anda göndermesine veya almasına izin verir. Tek yönlü iletişimi gösteren animasyonu görmek için şekildeki oynat’ı tıklayın.

Full-duplex communication

Her iki cihaz da paylaşılan medyada eş zamanlı olarak iletebilir ve alabilir. Veri bağlantısı katmanı, medyanın herhangi bir anda iki düğüm için de iletime uygun olduğunu varsayar. Ethernet Switch’leri varsayılan olarak tam çift yönlü modda çalışır, ancak Ethernet hub’ı gibi bir aygıta bağlandığında tek yönlü olarak çalışabilirler. Tam çift yönlü iletişimi gösteren animasyonu görmek için şekildeki oynat’ı tıklayın.

Özetle, tek yönlü iletişim, veri alışverişini bir seferde bir yöne sınırlar. Tam çift yönlü veri gönderme ve alma işlemlerinin aynı anda gerçekleşmesini sağlar.

Host NIC ve Ethernet Switch’indeki bir arayüz gibi birbirine bağlı iki arayüzün aynı çift yönlü modu kullanarak çalışması önemlidir. Aksi takdirde, bağlantıda verimsizlik ve gecikme süresi yaratan bir dupleks uyumsuzluğu olacaktır.

Erişim Kontrol Yöntemleri

Ethernet LAN’lar ve WLAN’lar, çoklu erişim ağ örnekleridir. Çoklu erişim ağı, ağa aynı anda erişmeye çalışan iki veya daha fazla uç aygıta sahip olabilen bir ağdır.

Bazı çoklu erişim ağları, aygıtların fiziksel medyayı nasıl paylaştığını yönetmek için kurallar gerektirir. Paylaşılan medya için iki temel erişim kontrol yöntemi vardır:

• Contention-based access (Çekişmeli erişim)
• Controlled access (Kontrollü erişim)

Contention-based access 

Çekişme tabanlı çoklu erişim ağlarında, tüm düğümler yarı çift yönlü olarak çalışır ve medyanın kullanımı için rekabet eder. Ancak, aynı anda yalnızca bir cihaz gönderebilir. Bu nedenle, aynı anda birden fazla cihaz aktarım yapıyorsa bir işlem vardır. Çekişmeye dayalı erişim yöntemlerinin örnekleri şunlardır:

• Eski veri yolu topolojisi Ethernet LAN’larında kullanılan çarpışma algılamalı (CSMA/CD) taşıyıcı algılama çoklu erişimi
• Kablosuz LAN’larda kullanılan çarpışma önleme (CSMA/CA) ile taşıyıcı algılamalı çoklu erişim

Controlled access

Kontrol tabanlı çok erişimli bir ağda, her düğümün medyayı kullanmak için kendi zamanı vardır. Bu belirleyici eski tip ağlar verimsizdir çünkü bir cihazın medyaya erişmek için sırasını beklemesi gerekir. Denetlenen erişimi kullanan çoklu erişimli ağlara örnekler şunlardır:

• Eski Token Ring
• Eski ARCNET

Not: Günümüzde, Ethernet ağları tam çift yönlü olarak çalışır ve bir erişim yöntemi gerektirmez.

Contention-Based Access (Çekişmeye Dayalı Erişim) – CSMA/CD

Çekişmeye dayalı erişim ağlarına örnekler şunlardır:

• Kablosuz LAN (CSMA/CA kullanır)
• Eski veri yolu-topolojisi Ethernet LAN (CSMA/CD kullanır)
• Bir hub kullanan eski Ethernet LAN (CSMA/CD kullanır)

Bu ağlar tek yönlü modda çalışır, yani aynı anda yalnızca bir cihaz gönderebilir veya alabilir. Bu, bir cihazın ne zaman gönderebileceğini ve aynı anda birden fazla cihaz gönderdiğinde ne olacağını yönetmek için bir işlem gerektirir.

İki cihaz aynı anda iletim gerçekleştirirse, bir çarpışma meydana gelir. Eski Ethernet LAN’ları için, her iki cihaz da ağdaki çarpışmayı algılar. Bu CSMA/CD’nin çarpışma algılama – collision detection (CD) kısmıdır. NIC, alınan verilerle veya sinyal genlikinin medyada normalden daha yüksek olduğunu fark ederek iletilen verileri karşılaştırır. Her iki cihaz tarafından gönderilen veriler bozulacaktır ve yeniden gönderilmeleri gerekecektir.

PC1 Çerçeve Gönderir: PC1’in PC3’e göndermek için bir Ethernet çerçevesi vardır. PC1 NIC’nin medyadaki herhangi bir cihazın iletimi olup olmadığını belirlemesi gerekir. Bir taşıyıcı sinyali algılamazsa (başka bir deyişle, başka bir cihazdan iletim almıyorsa), ağın gönderim için uygun olduğunu varsayacaktır.

PC1 NIC, şekilde gösterildiği gibi, medya kullanılabilir olduğunda Ethernet Çerçevesini gönderir.

Hub Çerçeveyi Alır: Ethernet hub’ı çerçeveyi alır ve gönderir. Ethernet hub’ı, çok portlu tekrarlayıcı olarak da bilinir. Gelen bir porttan alınan bitler yeniden oluşturulur ve şekilde gösterildiği gibi diğer tüm portlara gönderilir.

PC2 gibi başka bir cihaz iletmek isterse, ancak şu anda bir çerçeve alıyorsa, şekilde gösterildiği gibi kanal netleşene (temizlenene) kadar beklemelidir.

Hub Çerçeveyi Gönderir: Hub’a bağlı tüm cihazlar çerçeveyi alacaktır. Ancak, çerçevenin PC3 için hedef veri bağlantısı adresi olduğundan, yalnızca bu cihaz tüm çerçeveyi kabul edecek ve kopyalayacaktır. Diğer tüm cihaz NICleri, şekilde gösterildiği gibi çerçeveyi göz ardı edecektir.

Contention-Based Access (Çekişmeye Dayalı Erişim) – CSMA/CA

IEEE 802.11 WLAN’lar tarafından kullanılan diğer CSMA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) biçimi de taşıyıcı algılama çoklu erişim/çarpışma önleme (CSMA/CA) ‘dir.

CMSA/CA medyanın açık olup olmadığını algılamak için CSMA/CD’ye benzer bir yöntem kullanır. CMSA/CA ek teknikler kullanır. Kablosuz medyalarda bir aygıtın çarpışmayı algılaması mümkün olmayabilir. CMSA/CA çarpışmaları algılamaz, ancak göndermeden önce bekleyerek bunları önlemeye çalışır. İleten her cihaz, iletim için ihtiyaç duyduğu süreyi içerir. Diğer tüm kablosuz cihazlar bu bilgileri alır ve medyanın ne kadar süre kullanılamayacağını bilir.

Şekilde, A hostu erişim noktasından kablosuz bir çerçeve alıyorsa, B ve C hostu da çerçeveyi ve medyanın ne kadar süre kullanılamayacağını görecektir.

Kablosuz aygıt 802.11 çerçeve gönderdikten sonra alıcı, gönderenin çerçevenin geldiğini bilmesi için bir onay verir.

İster hub kullanan bir Ethernet LAN ister WLAN olsun, çekişmeye dayalı sistemler ağır medya kullanımı altında iyi ölçeklenmez.

Not:Switch ve host NIC çift yönlü modda çalıştığından, Switch’leri kullanan Ethernet LAN’ları çekişmeye dayalı bir sistem kullanmaz.

Veri Bağlantısı Çerçevesi

Veri bağlantısı katmanı, kapsüllenmiş verileri (genellikle bir IPv4 veya IPv6 paketi), başlık ve artbilgiyle birlikte çerçeve oluşturacak şekilde kapsülleyerek, yerel medya üzerinden aktarım için hazırlar.

Veri bağlantısı protokolü, aynı ağ içindeki NIC-NIC iletişimlerinden sorumludur. Veri bağlantısı katmanı çerçevelerini tanımlayan birçok farklı veri bağlantısı katmanı protokolü bulunmasına rağmen, her çerçeve türü üç temel parçaya sahiptir:

• Başlık
• Veri
• Artbilgi

Diğer kapsülleme protokollerinden farklı olarak, veri bağlantısı katmanı çerçevenin sonuna artbilgi şeklinde bir bilgi ekler.

Tüm veri bağlantısı katmanı protokolleri, verileri çerçevenin veri alanı içinde kapsüllemektedir. Ancak başlığın ve artbilginin içinde bulunan çerçeve ve alanların yapısı, protokole göre değişir.

Tüm medya türleri üzerindeki veri taşımalarının hepsinin gereksinimlerini karşılayan tek çerçeve yapısı bulunmamaktadır. Çerçevede gerekli olan kontrol bilgisi miktarı, medyaya bağlı olarak medyanın ve mantıksal topolojinin erişim kontrolü gereksinimlerini karşılayacak şekilde değişir. Örneğin, bir WLAN çerçevesinin çarpışmayı önleme prosedürleri içermesi gerekir ve bu nedenle bir Ethernet çerçevesiyle karşılaştırıldığında ek kontrol bilgileri gerektirir.

Şekilde gösterildiği gibi, hassas bir medyada, teslimatı sağlamak için daha fazla kontrole ihtiyaç vardır. Daha fazla kontrol bilgisi gerektiği için başlık ve artbilgi alanları daha geniştir.

Çerçeve Alanları

Çerçeveleme, kontrol bilgilerini başlık ve artbilgiye farklı alanlardaki değerler olarak yerleştirerek kesintisiz yayını çözülebilir gruplara ayırır. Bu format, fiziksel sinyallere düğümler tarafından tanınan ve hedefte paketler halinde kodu çözülen bir yapı verir.

Genel çerçeve alanları şekilde gösterilmiştir. Tüm protokoller bu alanların tümünü içermez. Belirli bir veri bağlantısı protokolüne yönelik standartlar gerçek çerçeve biçimini belirler.

Veri bağlantısı katmanı protokolleri her çerçevenin sonuna artbilgi ekler. Hata algılama adı verilen işlemde artbilgi, çerçevenin hatasız olup olmadığını belirler. Çerçeveyi oluşturan bitlerin mantıksal veya matematiksel bir özetinin çerçeveye yerleştirilmesiyle gerçekleştirilir. Medyadaki sinyaller temsil ettikleri bit değerlerini önemli ölçüde değiştirecek parazit, bozulma ve kayıplara maruz kalabileceği için, veri bağlantısı katmanı hata algılamayı ekler.

İletimde bir düğüm, döngüsel yedekleme kontrolü (CRC) değeri olarak bilinen çerçeve içeriğinin mantıksal özetini oluşturur. Bu değer, çerçeve içeriğini temsil etmek için çerçeve kontrol sırası (FCS) alanına yerleştirilir. Ethernet artbilgisinde, FCS, çerçevenin iletim hatalarıyla karşılaşıp karşılaşmadığını belirlemek için alıcı düğüm için bir yöntem sağlar.

2.Katman Adresleri

Veri bağlantısı katmanı, bir çerçeveyi paylaşılan bir yerel medyaya taşımak için kullanılan adreslemeyi sağlar. Bu katmandaki cihaz adresleri fiziksel adres olarak anılır. Veri bağlantısı katmanı adreslemesi çerçeve başlığında bulunur ve yerel ağdaki çerçeve hedef düğümünü belirtir. Genellikle çerçevenin başlangıcıdır, bu nedenle NIC, çerçevenin geri kalanını kabul etmeden önce kendi 2.Katman adresiyle eşleşip eşleşmediğini hızlıca belirleyebilir. Çerçeve başlığı çerçevenin kaynak adresini de içerebilir.

Fiziksel adresler, hiyerarşik olan 3.Katman mantıksal adreslerinden farklı olarak cihazın hangi ağda bulunduğunu göstermez. Aksine, fiziksel adres belirli cihaza özeldir. Bir aygıt, başka bir ağa veya alt ağa taşınsa bile, aynı 2.Katman fiziksel adresiyle çalışmaya devam eder. Bu nedenle, 2.Katman adresleri yalnızca aynı paylaşılan medya içindeki aygıtları aynı IP ağına bağlamak için kullanılır.

Şekiller, 2.Katman ve 3.Katman adreslerinin işlevini göstermektedir. IP paketi hosttan routera, routerdan routera ve son olarak routerdan hosta geçerken, IP paketinin yeni bir veri bağlantısı çerçevesinde kapsüllenir. Her veri bağlantısı çerçevesi, çerçeveyi gönderen NIC’nin kaynak veri bağlantısı adresini ve çerçeveyi alan NIC’nin hedef veri bağlantısı adresini içerir.

Host-Router: Kaynak host 3.Katman IP paketini 2.Katman çerçevesinde kapsüller. Çerçeve başlığında, host 2.Katman adresini kaynak olarak ve R1 için 2.Katman adresini hedef olarak ekler.

Router-Router: R1, 3.Katman IP paketini yeni bir 2.Katman çerçevesinde kapsüller. Çerçeve başlığında R1, 2.Katman adresini kaynak olarak ve R2 için 2.Katman adresini hedef olarak ekler.

Router-Host: R2, 3.Katman IP paketini yeni bir 2.Katman çerçevesinde kapsüller. Çerçeve başlığında R2, 2.Katman adresini kaynak olarak ve sunucu için 2.Katman adresini hedef olarak ekler.

Veri bağlantısı katmanı adresi yalnızca yerel teslimat için kullanılır. Bu katmandaki adreslerin yerel ağın ötesinde anlamı yoktur. Bunu, rota üstündeki ağ atlama sayısından bağımsız olarak, paket başlığındaki adreslerin kaynak ana bilgisayardan hedef ana bilgisayara taşındığı 3.Katman ile karşılaştırın.

Verilerin başka bir ağ segmentine geçmesi gerekiyorsa, router gibi bir aracı gerekir. Router, fiziksel adrese göre çerçeveyi kabul etmeli ve IP adresi olan hiyerarşik adresi incelemek için çerçevenin kapsülünü açmalıdır. IP adresini kullanarak router, hedef cihazın ağ konumunu ve bu adrese ulaşmak için en iyi yolu belirleyebilir. Paketin nereye iletileceğini bildiğinde, router paket için yeni bir çerçeve oluşturur ve yeni çerçeve son hedefine doğru bir sonraki ağ segmentine gönderilir.

LAN ve WAN Çerçeveleri

Ethernet protokolleri kablolu LAN’lar tarafından kullanılır. Kablosuz iletişim WLAN (IEEE 802.11) protokolleri kapsamındadır. Bu protokoller çoklu erişimli ağlar için tasarlanmıştır.

WAN’lar, geleneksel olarak çeşitli noktadan noktaya, merkez ve uç ve tam mesh(örgü) topolojileri için diğer protokol türlerini kullanmışlardır. Yıllar içinde yaygın olarak kullanılan WAN protokollerinden bazıları şunlardır:

• Noktadan Noktaya Protokolü – Point-to-Point Protocol (PPP)
• Üst Düzey Veri Bağlantısı Kontrolü – High-Level Data Link Control (HDLC)
• Çerçeve Aktarıcı – Frame Relay
• Asenkron Aktarım Modu – Asynchronous Transfer Mode (ATM)
• X.25

Bu 2.Katman protokollerinin yerini WAN’da artık Ethernet alıyor.

TCP/IP ağında, tüm OSI 2.Katman protokolleri OSI 3.Katmandaki IP ile çalışır. Ancak, kullanılan 2.Katman protokolü mantıksal topolojiye ve fiziksel medyaya bağlıdır.

Her protokol belirlenmiş 2.Katman mantıksal topolojileri için medya erişim kontrolü gerçekleştirir. Böylece birkaç farklı ağ cihazı bu protokolleri uygularken veri bağlantısı katmanında çalışan düğümler gibi davranabilecek demektir. Bilgisayarlardaki NIC’lerin yanı sıra routerlar ve 2.Katman Switch’lerindeki arayüzler bu cihazlar arasındadır.

Belirli bir ağ topolojisi için kullanılan 2.Katman protokolü, bu topolojiyi uygulamak için kullanılan teknoloji tarafından belirlenir. Kullanılan teknoloji, ağın büyüklüğü, host sayısı ve coğrafi kapsam ve ağ üzerinden sunulan hizmetler ile belirlenir.

Bir LAN, genellikle çok sayıda hostu destekleyebilen yüksek bant genişliğine sahip bir teknoloji kullanır. LAN’ın görece küçük coğrafi alanı (tek bir bina veya birden çok binaya sahip kampüs) ve yüksek kullanıcı yoğunluğu bu teknolojiyi uygun maliyetli duruma getirir.

Ancak yüksek bant genişliği teknolojisi kullanmak, büyük coğrafi alanları (örneğin, şehir veya birden fazla şehir) kapsayan WAN’lar için çoğunlukla uygun maliyetli değildir. Uzun mesafe fiziksel bağlantıların maliyeti ve bu mesafelerde sinyal taşımak için kullanılan teknoloji genellikle düşük bant genişliği kapasitesine neden olur.

Bant genişliğindeki farklılık normalde LAN’lar ve WAN’lar için farklı protokollerin kullanılmasıyla sonuçlanır.

Veri bağlantısı katmanı protokolleri şunlardır:

• Ethernet
• 802.11 Kablosuz
• Noktadan Noktaya Protokolü – Point-to-Point Protocol (PPP)
• Üst Düzey Veri Bağlantısı Kontrolü – High-Level Data Link Control (HDLC)
• Çerçeve Aktarıcı – Frame Relay

2.Katman protokolü örneklerinin animasyonu:

Sonuç

Veri bağlantısı katmanı, ağdaki cihazlar arasında güvenilir veri iletimini sağlayan kritik bir katmandır. Çerçeveleme, hata kontrolü, akış kontrolü ve MAC adresleme gibi görevleri yerine getirerek, ağın düzgün çalışmasını sağlar.

Bu görevler, veri bağlantısı katmanının hem kablolu (Ethernet) hem de kablosuz (Wi-Fi) iletişimde önemli bir rol oynamasını sağlar. Özellikle ağ güvenliği açısından MAC adresleri, ortam erişim kontrol mekanizmaları ve hata algılama/düzeltme yöntemleri büyük önem taşır.