Yönlendirici (Router), Ağ Anahtarı (Switch) ve Çalışma Yapıları
Anahtarlar :
Anahtar (switch) kelimesi, telefon haberleşmesinden günümüze gelmiştir. Eski telefon çağrılarını gerçeklerken iki uç nokta arasında adanmış fiziksel bir bağlantı oluşturulurdu.
Bu bağlantıda anahtarlar, farklı hatları birleştirerek bir uç birimden diğer uç birimine uzayan yolun kurulması için kullanılırdı. Paket kavramı ile ağ kaynaklarının paylaşımı gündeme geldi. Artık bir fiziksel hat aynı anda pek çok uçtan uça bağlantıya hizmet verebiliyor ve kaynaklar daha verimli kullanılabiliyor. Doğal olarak bu ortamda kullanılan paketlerin yapısı daha karmaşık bir hal aldı.
Şekil 5.1 anahtarların temel yapısını göstermektedir. Bu yapı aslında bir anahtarın işlevini de ortaya koyar. Bir anahtarın amacı giriş portlarına gelen paketleri istenen çıkış portlarına aktarmaktır. Bu aktarımın kayıpsız ve çabuk olması hedeflenir. Anahtarları N girişi ve N çıkışı olan kutular şeklinde düşünebiliriz.
Şekil 5.1’de gösterildiği gibi giriş portlarına gelen paketler giriş kontrol (GK) birimi üzerinden anahtarlama birimine oradan da gitmesi beklenen çıkış kontrol (ÇK) birimlerine ulaştırılır. Anahtarlama birimi girişler ve çıkışlar arasındaki paket aktarımını sağlayarak paketlerin istenen çıkışa ulaştırılmasını sağlar. Bu biriminin çalışması bir işlemci grubu tarafından kontrol edilir.
Zaman Bölüşümlü Anahtarlama
Zaman bölüşümlü anahtarlarda (time division switching) bütün girişler ve çıkışlar tarafından paylaşılan hızlı bir veri yolu ya da bellek vardır. Şekil 5.2 her iki örneği de göstermektedir. Paylaşılan ortamlar üzerinde aynı anda sadece tek bir giriş-çıkış çifti için veri aktarımı yapılabilir.
Bu nedenle, teknik zaman bölüşümlü olarak adlandırılır. Paylaşılan ortam bellek olunca bir çoğullayıcıya ve çoğullama çözücüye ihtiyaç duyulur. Hangi giriş-çıkış çiftleri arasında veri aktarımı yapılacağı konrol işlemcisi tarafından belirlenir. Zaman bölüşümlü anahtarların kapasitesi paylaşılan ortamın kapasitesi ile kısıtlıdır.
Uzam Bölüşümlü Anahtarlama
Uzam bölüşümlü anahtarlamada (space division switching) aynı anda birden fazla girişçıkış çifti için anahtarlama yapılabilir. Bu anahtarlarda kapasite, teorik olarak, (herhangi bir giriş hattının kapasitesi) x (giriş sayısı) kadar arttırılabilir.
Ancak bu pratikte her zaman mümkün değildir. Anahtarlama sırasında birden fazla paket anahtar içindeki aynı iç yolu kullanmak veya çıkış portuna ulaşmak isteyebilir. Bu durumda çekişme (contention) olur ve paketlerden biri yoluna devam ederken diğeri yok edilir ya da arabelleklerde bekletilir. Çekişmeler anahtar içi çekişmeler ve çıkış portu çekişmeleri olmak üzere ikiye ayrılır.
Anahtarın yapısına bağlı olarak çekişmeler farklı teknikler kullanılarak çözülebilir. Yapısı gereği iç çekişmelerin oluşmasına imkan veren anahtarlara tıkanabilen (blocking) anahtarlar denir. Diğerlerine ise tıkanmaz (nonblocking) anahtarlar denir.
Köprüler
Köprüler (bridges) aynı protokolü kullanan yerel alan ağlarını birbirine bağlamak için kullanılır. Köprülerle bağlanmış yerel alan ağları kullanıcıya tek bir yerel alan ağı varmış izlenimini verir. Köprüler verinin adres kısmını incelerler ve yerel bir bilgisayarı hedef alan paketleri diğer ağlara geçirmezler.
Şekil 5.7’te birkaç köprü kullanarak birleştirilmiş bir yerel alan ağ grubu görülmektedir. Köprülerin birleştirdiği yerel alan ağlarının her birine bölüt (segment) adı verilir.
Daha büyük ve tek bir ağ kullanmak yerine küçük yerel alan ağlarını birbirine köprüler üzerinden bağlamanın uygulamada pek çok yararı vardır.
1) Aynı bölümde çalışan ekibi tek bir yerel alan ağ üzerine toplayarak onların arasındaki trafiğin diğer bölümlerin ağları üzerine yayılmasını önlenmiş olur. Bu hem kaynakların verimli kullanımını sağlar hem de güvenlik açısından önemlidir.
2) Küçük yerel ağlar oluşturup bunları birbirine bağlamak büyük ve tek bir ağ oluşturmaktan daha ekonomik olabilir.
Köprüler bağlı bulundukları yerel alan ağları üzerindeki bilgisayarların adreslerini bilirler ve paketleri gerekli ağlara kopyalarlar. Bu bilgilendirme bazen operatör tarafından yapılır. Eğer uyarlanır (adaptive) ya da öğrenebilen (learning) bir köprü kullanılıyorsa, köprü bu bilgiyi ağ üzerindeki işlemleri gerçeklerken öğrenir. Bu işlemi Şekil 5.8’teki ağ üzerinde izleyebiliriz. Köprü gelen çerçevelerdeki kaynak adreslerini takip ederek bilgisayarların yer aldığı yerel alan ağları hakkında bilgi edinir ve bunu ilgili tabloya yazar. Gelen çerçeveler de bu tablolardaki verilere göre ilgili yerel alan ağına gönderir. Bir köprü, nerede olduğunu bilmediği bir bilgisayar için gelen çerçevelerin bağlı bulunduğu tüm yerel alan ağlarına iletilmesini sağlar.
Köprülerden oluşan bir ağda halkaların oluşturulmamasına dikkat edilmelidir. Bir halka oluşumunda halkada yer alan bölütlerdeki bilgisayarlara aynı çerçeveler bir kaç kez ulaşacaktır. Bu durumda bazı köprülerin veri aktarmasına izin verilmemelidir.
Yönlendiriciler
Yönlendiriciler (routers), paketlerin kaynaktan varış noktasına iletimini sağlayan birimlerdir. İki nokta (kaynak-varış) arasındaki uygun yolun bulunması (geçilecek düğümlerin belirlenmesi) onların görevidir.
Yerel alan ağları ile geniş alan ağları arasındaki geçişleri de sağlarlar. Yönlendiriciler, Şekil 5.11’de gösterildiği gibi, farklı protokollere sahip yerel alan ya da geniş alan ağlarını da bir araya getirirler.
Yönlendirme sırasında yönlendirme tabloları kullanılır. Yönlendirme tablolarında bir varış noktasına giden en uygun yolun bulunması için kullanılacak parametreler saklanır.
Bu tablolar özel yönlendirme algoritmaları kullanılarak hazırlanır.
Yönlendirme tabloları ile ilgili önemli noktalardan biri de bu tablolar üzerindeki arama süresidir. Yönlendirme tabloları çok büyük olabilir. Yüksek kapasiteli hatlardan birim zamanda gelen paket miktarının yoğunluğu da düşünülerek tablolardaki arama (tablolara erişim) süresinin düşürülmesi gerekir.
Bu amaçla hem yazılım hem de donanım temelli iyileştirici yöntemler kullanılır. Yönlendiricileri merkez (core) ve kenar(edge) yönlendiriciler olmak üzere, Şekil 5.12’de gösterildiği gibi, iki sınıfa ayırabiliriz. Merkez yönlendiriciler daha fazla porta, hızlı hatlara ve yoğun bir trafiğe sahiptir.
Bu yoğunluk altında hızla çalışabilmesi için hızlı bir donanım ve bellek erişim (yönlendirme tablosuna ulaşmak için) mekanizmasına ihtiyacı vardır. Merkez yönlendiricilerinin dayanıklılığı çok hassas bir noktadır. Bozulmaları büyük kayıplara neden olabilir. Bu nedenle yedekli çalıştırılmalıdırlar. Kenar yönlendiriciler ise geniş alan ağlarına yerel trafiğin aktarılması için kullanılır.
Kaynakça
İTÜ Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, BLG433-Bilgisayar Haberleşmesi ders notları, Dr. Sema Oktuğ
Anahtarlar :
Anahtar (switch) kelimesi, telefon haberleşmesinden günümüze gelmiştir. Eski telefon çağrılarını gerçeklerken iki uç nokta arasında adanmış fiziksel bir bağlantı oluşturulurdu.
Bu bağlantıda anahtarlar, farklı hatları birleştirerek bir uç birimden diğer uç birimine uzayan yolun kurulması için kullanılırdı. Paket kavramı ile ağ kaynaklarının paylaşımı gündeme geldi. Artık bir fiziksel hat aynı anda pek çok uçtan uça bağlantıya hizmet verebiliyor ve kaynaklar daha verimli kullanılabiliyor. Doğal olarak bu ortamda kullanılan paketlerin yapısı daha karmaşık bir hal aldı.
Şekil 5.1 anahtarların temel yapısını göstermektedir. Bu yapı aslında bir anahtarın işlevini de ortaya koyar. Bir anahtarın amacı giriş portlarına gelen paketleri istenen çıkış portlarına aktarmaktır. Bu aktarımın kayıpsız ve çabuk olması hedeflenir. Anahtarları N girişi ve N çıkışı olan kutular şeklinde düşünebiliriz.
Şekil 5.1’de gösterildiği gibi giriş portlarına gelen paketler giriş kontrol (GK) birimi üzerinden anahtarlama birimine oradan da gitmesi beklenen çıkış kontrol (ÇK) birimlerine ulaştırılır. Anahtarlama birimi girişler ve çıkışlar arasındaki paket aktarımını sağlayarak paketlerin istenen çıkışa ulaştırılmasını sağlar. Bu biriminin çalışması bir işlemci grubu tarafından kontrol edilir.
Zaman Bölüşümlü Anahtarlama
Zaman bölüşümlü anahtarlarda (time division switching) bütün girişler ve çıkışlar tarafından paylaşılan hızlı bir veri yolu ya da bellek vardır. Şekil 5.2 her iki örneği de göstermektedir. Paylaşılan ortamlar üzerinde aynı anda sadece tek bir giriş-çıkış çifti için veri aktarımı yapılabilir.
Bu nedenle, teknik zaman bölüşümlü olarak adlandırılır. Paylaşılan ortam bellek olunca bir çoğullayıcıya ve çoğullama çözücüye ihtiyaç duyulur. Hangi giriş-çıkış çiftleri arasında veri aktarımı yapılacağı konrol işlemcisi tarafından belirlenir. Zaman bölüşümlü anahtarların kapasitesi paylaşılan ortamın kapasitesi ile kısıtlıdır.
Uzam Bölüşümlü Anahtarlama
Uzam bölüşümlü anahtarlamada (space division switching) aynı anda birden fazla girişçıkış çifti için anahtarlama yapılabilir. Bu anahtarlarda kapasite, teorik olarak, (herhangi bir giriş hattının kapasitesi) x (giriş sayısı) kadar arttırılabilir.
Ancak bu pratikte her zaman mümkün değildir. Anahtarlama sırasında birden fazla paket anahtar içindeki aynı iç yolu kullanmak veya çıkış portuna ulaşmak isteyebilir. Bu durumda çekişme (contention) olur ve paketlerden biri yoluna devam ederken diğeri yok edilir ya da arabelleklerde bekletilir. Çekişmeler anahtar içi çekişmeler ve çıkış portu çekişmeleri olmak üzere ikiye ayrılır.
Anahtarın yapısına bağlı olarak çekişmeler farklı teknikler kullanılarak çözülebilir. Yapısı gereği iç çekişmelerin oluşmasına imkan veren anahtarlara tıkanabilen (blocking) anahtarlar denir. Diğerlerine ise tıkanmaz (nonblocking) anahtarlar denir.
Köprüler
Köprüler (bridges) aynı protokolü kullanan yerel alan ağlarını birbirine bağlamak için kullanılır. Köprülerle bağlanmış yerel alan ağları kullanıcıya tek bir yerel alan ağı varmış izlenimini verir. Köprüler verinin adres kısmını incelerler ve yerel bir bilgisayarı hedef alan paketleri diğer ağlara geçirmezler.
Şekil 5.7’te birkaç köprü kullanarak birleştirilmiş bir yerel alan ağ grubu görülmektedir. Köprülerin birleştirdiği yerel alan ağlarının her birine bölüt (segment) adı verilir.
Daha büyük ve tek bir ağ kullanmak yerine küçük yerel alan ağlarını birbirine köprüler üzerinden bağlamanın uygulamada pek çok yararı vardır.
1) Aynı bölümde çalışan ekibi tek bir yerel alan ağ üzerine toplayarak onların arasındaki trafiğin diğer bölümlerin ağları üzerine yayılmasını önlenmiş olur. Bu hem kaynakların verimli kullanımını sağlar hem de güvenlik açısından önemlidir.
2) Küçük yerel ağlar oluşturup bunları birbirine bağlamak büyük ve tek bir ağ oluşturmaktan daha ekonomik olabilir.
Köprüler bağlı bulundukları yerel alan ağları üzerindeki bilgisayarların adreslerini bilirler ve paketleri gerekli ağlara kopyalarlar. Bu bilgilendirme bazen operatör tarafından yapılır. Eğer uyarlanır (adaptive) ya da öğrenebilen (learning) bir köprü kullanılıyorsa, köprü bu bilgiyi ağ üzerindeki işlemleri gerçeklerken öğrenir. Bu işlemi Şekil 5.8’teki ağ üzerinde izleyebiliriz. Köprü gelen çerçevelerdeki kaynak adreslerini takip ederek bilgisayarların yer aldığı yerel alan ağları hakkında bilgi edinir ve bunu ilgili tabloya yazar. Gelen çerçeveler de bu tablolardaki verilere göre ilgili yerel alan ağına gönderir. Bir köprü, nerede olduğunu bilmediği bir bilgisayar için gelen çerçevelerin bağlı bulunduğu tüm yerel alan ağlarına iletilmesini sağlar.
Köprülerden oluşan bir ağda halkaların oluşturulmamasına dikkat edilmelidir. Bir halka oluşumunda halkada yer alan bölütlerdeki bilgisayarlara aynı çerçeveler bir kaç kez ulaşacaktır. Bu durumda bazı köprülerin veri aktarmasına izin verilmemelidir.
Yönlendiriciler
Yönlendiriciler (routers), paketlerin kaynaktan varış noktasına iletimini sağlayan birimlerdir. İki nokta (kaynak-varış) arasındaki uygun yolun bulunması (geçilecek düğümlerin belirlenmesi) onların görevidir.
Yerel alan ağları ile geniş alan ağları arasındaki geçişleri de sağlarlar. Yönlendiriciler, Şekil 5.11’de gösterildiği gibi, farklı protokollere sahip yerel alan ya da geniş alan ağlarını da bir araya getirirler.
Yönlendirme sırasında yönlendirme tabloları kullanılır. Yönlendirme tablolarında bir varış noktasına giden en uygun yolun bulunması için kullanılacak parametreler saklanır.
Bu tablolar özel yönlendirme algoritmaları kullanılarak hazırlanır.
Yönlendirme tabloları ile ilgili önemli noktalardan biri de bu tablolar üzerindeki arama süresidir. Yönlendirme tabloları çok büyük olabilir. Yüksek kapasiteli hatlardan birim zamanda gelen paket miktarının yoğunluğu da düşünülerek tablolardaki arama (tablolara erişim) süresinin düşürülmesi gerekir.
Bu amaçla hem yazılım hem de donanım temelli iyileştirici yöntemler kullanılır. Yönlendiricileri merkez (core) ve kenar(edge) yönlendiriciler olmak üzere, Şekil 5.12’de gösterildiği gibi, iki sınıfa ayırabiliriz. Merkez yönlendiriciler daha fazla porta, hızlı hatlara ve yoğun bir trafiğe sahiptir.
Bu yoğunluk altında hızla çalışabilmesi için hızlı bir donanım ve bellek erişim (yönlendirme tablosuna ulaşmak için) mekanizmasına ihtiyacı vardır. Merkez yönlendiricilerinin dayanıklılığı çok hassas bir noktadır. Bozulmaları büyük kayıplara neden olabilir. Bu nedenle yedekli çalıştırılmalıdırlar. Kenar yönlendiriciler ise geniş alan ağlarına yerel trafiğin aktarılması için kullanılır.
Kaynakça
İTÜ Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, BLG433-Bilgisayar Haberleşmesi ders notları, Dr. Sema Oktuğ
