Bu makalemde sizlere Ethernet teknolojisi hakkında bilgi vereceğim. Önceleri iki veya daha fazla bilgisayarın birbirleri arasında veri alışverişi yapması kolay değildi. Bunun tek yolu aktarılacak verinin bir depolama aygıtına kopyalanıp diğer bilgisayarlara bu depolama aygıtından aktarılmasıydı. Ethernet teknolojisi sayesinde günümüzde bu iletişimi sağlamak artık çok basit hale gelmiştir. Peki nedir bu Ethernet?
Ethernet Nedir
Etherneti anlayabilmemiz için ilk olarak Yerel Ağ Alanı (Local Area Network, kısaca LAN) terimini açıklamamız gerekmektedir. LAN iki veya daha fazla bilgisayarın, aynı şekilde periferik cihazların (yazıcı, fax makinesi vb.) sınırlı coğrafi bir alanda birbirlerine bağlayan bir ağdır. LAN’ ın kullanım amacı aynı ağda bulunan bilgisayarlar arasındaki hızlı veri alışverişini ve periferik cihazları ortak kullanmayı sağlamaktır. Günümüze kadar birçok LAN-Teknolojisi üretilmiştir bunlardan bazıları Ethernet, Token Ring ve FDDI dir. Diğer LAN-Teknolojilerine kıyasla Ethernet’ in daha ön plana çıkmasının sebebi daha ucuz ve yapısının daha basit ve anlaşılır olmasıdır.
Ethernetin Tarihçesi:
Bob Metcalfe 1976 yılında Palo Alto Research Center’ da çalıştığı sırada oradaki bilim insanlarının bir proje üzerinde çalıştığını görmüştür. Bu proje şuanki kullandığımız kişisel bilgisayarın(Personal Computer) projesiydi. Ancak bu kişisel bilgisayarlar tek başlarına çalışmaktaydı yani aralarında veri alışverişini sağlayabilecek hiçbir sistem yoktu. Bob Metcalfe bu bilgisayarların kendi aralarında veri alışverişini sağlayabilmesi için arkadaşı David Boggs ile 1976 yılında Ethernet’ i üretti.
Veri gönderme ve çakışmalar:
Ethernet ilk üretildiği zamanlar şekilde görüldüğü gibi bir Koaxial kablo kullanmaktaydı.
Gönderilecek olan veri elektromanyetik sinyaller halinde bu kablonun üzerinden iletilirdi. Bu sinyaller her iki yöndede ilerleyebiliyordu. Yani aynı kablo üzerinden veri alışverişi sağlanabiliyordu. Ancak Koaxial kabloların en büyük dezavantajı yarı duplex olmalarıydı. Yani veri alındığı sırada karşı tarafa veri iletilemiyordu. Bu olay polis telsizlerinin çalışma sistemi ile aynıdır. Yani bir taraf konuşurken diğer taraf karşıdakinin konuşması bitene kadar dinlemek zorundadır.
Peki ya iki bilgisayar aynı anda yada neredeyse aynı zamanda veri göndermeye kalkışırsa?
Böyle bir durumda gönderilen sinyaller birbirleri ile çakışacaktır ve gönderilen veri kullanılamaz hale gelecekti. Bu tür veri çakışmalarını tespit etmek ve mümkün olduğu sürece engellemek için Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection (kısaca CSMA/CD), yani çarpışma algılayıcıyla taşıyıcı dinleyen çoklu erişim algoritması geliştirildi. Aşağıdaki şekilde bu algoritmanın akış planı gösterilmektedir.
Bir bilgisayar veriyi göndermeden önce hattın boş olduğundan emin olmak zorundadır. Şayet hat boş değil ise veri gönderme isteğini geri çekerek çakışmayı engelleyecektir. Şayet hat boş ise bilgisayar veri gönderme işlemine başlayacaktır. Veriyi hatta gönderdiği sırada bilgisayar hattı dinlemeye devam eder ve herhangi bir çakışma olup olmadığını tespit eder. Şayet herhangi bir çakışma olmaz ise veri gönderme işlemi başarılı olacaktır. Fakat veri gönderme esnasında hatta bir çakışma meydana gelirse veri alışverişi hemen kesilecek ve JAM-Sinyali olarak adlandırılan yüksek voltajlı bir sinyal hatta verilecektir. Bu sinyal yüksek voltajından dolayı hatta kalan tüm sinyalleri parçalayarak hattı tamamen boşaltacaktır.
Her bilgisayarın kendine ait bir çakışma sayacı vardır. JAM-Sinyali hatta verildikten sonra bu sayacın maximum sayıya(16) ulaşılıp ulaşılmadığı kontrol edilir. Şayet bu sayıya ulaşıldıysa veri gönderme işlemi başarısız olacak ve üst katmanlara hata mesajı bildirilecektir. Eğer çakışma sayacı maximum’ a ulaşmamış ise Binary Exponential Backoff(BEB) algoritması devreye sokularak veri trafiği çözümlenecektir. BEB-Algoritması meydana gelen ilk çakışma sonrası 2 Slot zamanlı bir interval oluşturacaktır. İlk oluşturulan interval sadece 0 ve 1 rakamlarını içermektedir([0,1]).
Çakışmaya sebep olan tüm bilgisayarlar bu intervalden rastgele bir bekleme süresi çekerler. Şayet bilgisayarlar farklı bekleme zamanları çekerlerse veri aktarımı başarılı olacaktır. Fakat iki bilgisayar aynı bekleme sürelerini çekerse tekrardan bir çakışma meydana gelecektir. Bu şekilde bu interval her çakışma sonrası 2 katına çıkartılır yani ilk çakışmada 2 elemanlı([0,1]), ikincide 4 elemanlı ([0,1,2,3]), üçüncüde 8 elemanlı([0,…,7]) bir interval oluşturulaktır. Onuncu çakışmadan sonra interval iki katına çıkarılmayacak ve onaltıncı çakışmadan sonra ise otomatik olarak veri gönderme işlemi iptal edilecektir.
Tabiki de ilk çakışmanın ardından sistem direkt olarak $2^{10}$ yani toplamda 1024 elemanlı interval oluşturabilirdi ve bu sayede ikinci bir çakışmanın meydana gelme olasılığı düşmüş olacaktı ancak en kötü ihtimali düşünürsek çakışmaya sadece iki bilgisayar sebep olursa ve ikiside 1024 bekleme süresini çekerse iki bilgisayarda 1024 bekleme süresi boyunca bekleyecek ve ardından bir çakışmaya daha sebep olacaklardı. Bu yüzden sistem başlangıç olarak 2 elemanlı bir interval oluşturur.\newline Onaltıncı çakışmanın ardından gönderme işleminin iptal edilme nedeni ise yüzlerce kişinin bağlı olduğu bir ağda meydana gelebilecek bir çakışmadan ötürü bilgisayarlar aynı veriyi tüm gün boyunca göndermeye çalışacaklardı. Bu yüzden onaltıncı çakışmadan sonra işlemin iptal edilmesi öngörülmüştür.
Artık verilerimiz güvenli bir şekilde hedef bilgisayara iletiliyor. Ancak gidecek verinin hangi bilgisayara gideceği nerden anlaşılıyor? Her Ethernet ağına bağlı bilgisayarın kendine ait bir MAC-Adresi vardır. Bu adres 48 bitlik bir sayıdan oluşur ve bu her bilgisayara özeldir. Verinin gönderileceği bilgisayarda bu MAC-Adresinden tespit edilir.
Kullanılan Kaynaklar:
Martin Linten Axel Schemberg und Kai Surendorf. PC-Netzwerke. Pearson, 2013 Larry L.Peterson und Bruce S. Davie Computer Networks. Morgan Kaufmann, 2012 James F. Kurose und Keith W Ross. Computer Networking A Top - Down Approach. Pearson, 2010 Jörg Rech. Ethernet, Technologien und Protokolle für die Computervernetzung. Heise, 2014 Rüdiger Schreiner. Computernetzwerke, Von den Grundlagen zur Funktion und Anwendung. Hanser, 2014 Andrew S. Tannenbaum und David J. Wetherall. Computer Networks. Pearson, 2011