Bölüm 28: Ağ Topolojileri

Switch’in portundan çıkan kabloyu eline al ve takip et. Kablo tavana çıkıyor, koridoru geçiyor, bir dolapta bitiyor. Binada döşenmiş hiçbir kablo oraya rastgele gitmiyor.

Her prizin switch’e nasıl bağlandığının bir adı, bir ölçüsü ve bir üst sınırı var. O sınırı kim koydu?

Kabloların dizilişi sinyalin yolunu vermiyor

Topoloji dediğinde aslında iki ayrı soruyu birden soruyorsun. Fiziksel topoloji kabloların nasıl döşendiğini anlatıyor ve physical layer’a düşüyor. Mantıksal topoloji sinyalin hangi yoldan aktığını anlatıyor; onun yeri data link layer. Katmanlı mimaride bir katmanın diğerine ne vaat ettiği ayrı bir şeydi; aynı ayrım burada kabloyla sinyalin arasına düşüyor.

Bir ağın iki topolojisinin birbirine benzemesi diye bir zorunluluk yok ve bu ilk bakışta şaşırtıcı geliyor. Kablolar yıldız gibi dizilmiş bir ağ, sinyal akışı bakımından halka ya da ortak yol gibi işleyebiliyor. Hub’lı 10BASE-T böyle: kablolama yıldız, akış veri yolu. Düzenin adı da ikisinden geliyor, star-bus.

Mantıksal tarafta karşına iki kalıp çıkıyor. Yayın topolojisinde gönderen sinyali ortama bırakıyor ve ilk gelen ilk hizmeti alıyor. Jetonlu geçişte iletme hakkı istasyonlar arasında dolaşan bir jetonla veriliyor. Ortamı kimin, ne zaman kullanacağını bu kalıp belirliyor.

Fiziksel tarafta klasik liste altı başlık: veri yolu, halka, yıldız, genişletilmiş yıldız, ağaç ve örgü. Altısını da eşit ağırlıkta öğrenmene gerek yok; ikisi tarihe karıştı, biri her yeri kapladı. Hangisinin kazandığını bugün masanın altına bakarak görebilirsin.

Ağı adlandıran ikinci ölçü: menzil

Şekil ağın nasıl kurulduğunu söylüyor. İkinci bir ölçü daha var ve o da ağın ne kadar uzağa yayıldığını söylüyor. Sahada duyduğun kısaltmaların çoğu bu ikinci ölçüden geliyor.

Tablonun ikinci sütunu kabaca doğru ama yanıltıcı. Sınırı çizen şey mesafe değil, sahiplik. Yerel ağda kabloyu sen döşüyorsun ve bir kez döşendikten sonra o kablodan ne kadar veri geçirdiğin kimseyi ilgilendirmiyor; kimse sana fatura kesmiyor. Geniş alan ağında ise hattı kiralıyorsun ve bant genişliği aylık bir faturaya dönüşüyor.

Bu tek fark, ağ tasarımının neredeyse tamamını açıklıyor. Yerel ağda bant genişliği bedava olduğu için israf edilebilir; sıkıştırmadan gönderirsin, yedeklemeyi gece yaparsın, gerekirse kabloyu bir üst kategoriyle değiştirirsin. Geniş alanda ise her bit para olduğu için sıkıştırmayı, önbelleklemeyi ve trafik önceliklendirmeyi mecburen kullanıyorsun. Yerel ağ hızlarının geniş alan hızlarını onlarca yıldır önde götürmesinin sebebi teknoloji değil, bu maliyet farkıdır.

Bir de bu eksene sığmayan bir tane var: depolama alanı ağı (SAN). Onu menzille değil taşıdığı yükle tanımlıyorsun; sunucuları disk dizilerine bağlıyor. Aynı odada duruyor ama yerel ağdan ayrı tutuluyor, çünkü disk trafiğinin gecikme toleransı ağ trafiğininkinden çok daha düşük.

Tek kabloya asılmak neden bitti?

Veri yolu topolojisinde bütün cihazları tek bir kabloya asıyorsun. O kabloya segment, omurga ya da trunk deniyor. Sinyal kendi başına hattın iki ucuna doğru ilerliyor. Üstünden geçtiği her istasyon adrese bakıyor ve kendisine değilse sinyali bırakıyor; 23. bölümde kartın hedef adrese bakıp gerisini okumadan attığını görmüştün.

Kurulumu koaksiyel kabloyla yapıyordun. Her istasyona bir T-konnektör takılıyor, hattın ilk ve son ucuna sonlandırıcı bağlanıyordu. Sonlandırıcı dediğimiz şey, içinde 50 ohm’luk direnç bulunan bir BNC konnektör; takmayı unutursan ağ hiç çalışmıyordu.

Kırılganlığı kablonun kendisinde arayacaksın. Ana kablodaki tek bir kopma ağı ikiye bölüyor; parçalar kendi içinde konuşmayı sürdürüyor ama aralarındaki iletişim bitiyor. Arızanın yerini bulmak da kolay olmuyor.

Sınırlar da serttir. İnce koaksiyelle bir segmenti en çok 185 metre, kalın koaksiyelle 500 metre uzatabiliyordun. İnce koaksiyelde bir segmente en çok 30 istasyon bağlanıyor ve iki istasyon arasında en az 0,5 metre bırakılıyordu. Kalın koaksiyelde bir segment 100’den fazla cihaz taşımıyor, cihazlar da kabloya 2,5 metrenin katı olan noktalardan takılıyordu. Repeater, sinyali güçlendirip ileten birinci katman cihazı. Onlarla toplam menzil 2.500 metreye, kullanıcı sayısı 1.024’e çıkabiliyordu.

Adların kendisinde de bir şablon göreceksin.

10 BASE 5
 |   |    +-- segment menzili, yaklaşık 500 metre
 |   +------- temel bant sinyalleşme (baseband)
 +----------- 10 Mbit/s

10BASE2’deki 2 ise 185 metreyi anlatıyor; yuvarlama cömert davranmış. Kalın koaksiyel kablo yaklaşık 1 cm kalınlığında ve sert olduğu için döşenmesi zordu. Sarı kılıfı yüzünden ona sarı Ethernet deniyordu.

Neden her şekil yıldıza döndü?

Halka topolojisinde veri, hedefine varana kadar her cihazdan geçiyor ve her cihaz sinyali güçlendirip bir sonrakine veriyor. Zayıflamanın bu yüzden en düşük düzeyde kaldığını göreceksin.

Söz sırası 3 baytlık bir jetonla dağıtılıyor. Jeton boştaysa veri ve hedef adres jetona yüklenip halkaya bırakılıyor. Jetonu olmayan cihaz konuşamıyor.

Asıl sürprizi kablolamada bulacaksın. Halka çalışırken halka gibi görünüyor ama kablolama fiilen yıldız: cihazlar merkezdeki MAU kutusuna bağlanıyor ve halka o kutunun içinde kuruluyor. IBM’in MSAU’sunda 10 bağlantı çıkışı vardı ve kutu, arızalanan istasyonu halkadan çıkarıp devreyi kapatıyordu. Ölçeği de fena değildi: UTP ile 72, STP ile 260 istasyona kadar çıkıyordu.

Token Ring IEEE 802.5 olarak standartlaştı ve 4 ya da 16 Mbit/s çalışıyordu. Halkanın hızını üstündeki en yavaş cihaz belirliyordu. Donanımı Ethernet’ten kat kat pahalı olduğu için yayılamadı.

Yıldızda her cihaz merkezdeki hub ya da switch’e kendi kablosuyla bağlanıyor. Bir cihazın merkeze uzaklığı en çok 100 metre olabiliyor. Bir bağlantının durumu da merkezdeki port ışığından okunuyor.

Arıza davranışı da veri yolunun tam tersine çalışıyor: uçtaki bir arıza yalnızca o ucu düşürüyor. Merkezdeki cihazın arızası ise tüm ağı durduruyor. Kırılganlık ortadan kalkmadı, tek noktada toplandı.

Bedeli kablo. Veri yoluna göre çok daha fazla kablo çekiliyor ve üstüne merkez cihazın maliyeti biniyor. Karşılığında kurulum, büyütme ve arıza bulma kolaylaşıyor. Hub’ın kendisi çok portlu bir repeater; kopyalama davranışını ve yerini switch’e neden bıraktığını biliyorsun. Bir ARP isteği bütün komşuların kartını uyandırıyordu; hub o uyandırmayı elektrik düzeyinde yapıyor. Yıldızı yayan şey bu ucuz kutu oldu.

Örgü topolojide bağlantı sayısı n(n-1)/2 ile büyüyor. 12 uçlu bir ağ 66 kablo istiyor; aynı 12 uç yıldızda 12 kabloyla bağlanıyor. Fark 5,5 kat. Karşılığı yedeklilik: bir bağlantı koptuğunda sinyal hedefine başka bir yoldan ulaşıyor. Örgü bu yüzden çoğunlukla geniş alan ağlarında kullanılıyor.

Ağaç topoloji veri yolu ile yıldızın birleşimi. Yıldız kümeleri bir omurga üstüne diziliyor ve tepede kök görevi gören bir cihaz duruyor. Bir segmentteki sorun diğerlerine bulaşmıyor ama omurgadaki arıza yine tüm ağı etkiliyor. Genişletilmiş yıldız ise küçük yıldızların yine yıldız biçiminde birbirine bağlanması. Bina kablolamasının gerçek şekli bu.

Numaraların ardındaki aile

Kitap boyunca 802 ile başlayan numaralar görüyorsun ve hepsi aynı yerden geliyor. IEEE’nin 802 numaralı komitesi yerel ve metropol alan ağlarının standartlarını yazıyor; her alt numara ayrı bir çalışma grubu.

Sahada bu numaraların kendisinden çok harfli uzantıları konuşuluyor; o harfler tek tek bir özellik anlatıyor: 802.1Q sanal ağ etiketi, 802.1X porta bağlanan cihazın kimlik doğrulaması, 802.1D ile ardılları döngü engelleme, 802.3af ve devamı kablodan güç besleme, 802.11’in harf dizisi de kablosuzun kuşakları.

İki şeye dikkat. Birincisi, bütün aile yalnızca iki katmanda yaşıyor: physical ve data link. 802 numarası bir teknolojiyi söyler, bir katmanı değil; hepsinin üstünde aynı IP çalışır. İkincisi, 802.2’nin ayrı bir numarası olması bir tasarım kararının izi. IEEE data link layer’ı ikiye böldü: alttaki yarı her teknolojide farklı, üstteki yarı hepsinde ortak olsun istedi. Ortak yarı beklenen ilgiyi görmedi ve Ethernet’te fiilen atlandı; ama bölünmenin kendisi, aynı üst katmanın onlarca farklı alt teknolojinin üstünde çalışabilmesinin sebebi.

Yüz metre nereden çıkıyor?

Structured cabling (yapısal kablolama), taşıma-ekleme-değiştirme döngüsünü ucuzlatmak için tasarlanıyor. Aynı altyapı masaüstünden IP telefona, kablosuz access point’e kadar her cihazı taşımak zorunda. Plansız büyümüş bir kablolama ise günün saatine ve trafiğe göre gelip giden arızalar üretiyor. Hatayı bulmak kabloyu ucundan ucuna takip etmek demek.

İki büyük standart var. Amerika’da ANSI/TIA-568 ailesi duruyor: .0 genel kablolama, .1 ticari bina, .2 bakır twisted pair, .3 fiber; numaranın sonundaki harf revizyonu gösteriyor. Uluslararası düzeyde aynı işi ISO/IEC 11801 görüyor. TIA bileşeni kategori ile derecelendiriyor, ISO kanalı sınıf ile.

Standardın adlandırdığı altı parça var: bina giriş odası, ekipman odası, bina omurga kablolaması, telekomünikasyon odası, yatay kablolama ve iş alanı. Telekomünikasyon odasının sahadaki gündelik adı ise kat dolabı. Yatay kablolama o dolaptan iş alanındaki duvar prizine uzanıyor; parçaları priz, aradaki sabit kablo, dolaptaki patch panel ve panelle switch arasındaki patch kabloları.

Şimdi bütçe. Bakır twisted pair’in uçtan uca güvenle taşıdığı yol 100 metrede kesiliyor ve standardın işi o 100 metreyi paylaştırmak. Sabit kablo, standardın adıyla temel bağlantı, en çok 90 metre olabiliyor. Kalan 10 metre patch kablolarının payı: kat dolabındaki ekipman ve patch kabloları 6 metreyi, prizden bilgisayara giden patch kablosu 3 metreyi geçmemeli.

duvar prizi -> bilgisayar     3 m
kat dolabı  -> duvar prizi   90 m   sabit kablo, temel bağlantı
patch panel -> switch        6 m
-----------------------------------
kanal                        99 m   sınır 100 m

TIA iki ayrı ölçüm birimi tanımlıyor: temel bağlantı yalnızca duvar prizi ile dolaptaki sonlandırma arasındaki sabit kablo, kanal ise patch kabloları dahil uçtan uca giden yol. Sınırın kendisi de ölçüme dayanıyor. Ortalama bir ofis binasında masaüstlerinin ezici çoğunluğu en yakın kat dolabına 100 metreden yakın duruyor.

Prizden dolaba uzanan yolu parça parça görelim:

Geri kalan kurallar da sayıya bağlı. Her iş alanı için en az iki priz zorunlu ve bunlardan biri dört çiftli UTP olmak zorunda. Bina omurgası ise en fazla iki kademeli bir yıldızla sınırlı: ekipman odasındaki ana çapraz bağlantı ile kat dolabındaki yatay çapraz bağlantı arasında en çok bir ara nokta olabiliyor.

Bir binada en çok kablo yatay kablolamada bulunuyor. Tavanın ve duvarların içinden geçtiği için değiştirmesi omurgadan çok daha pahalı; en iyi malzeme bu yüzden yatay kabloya konuyor. Kategori de bant genişliği demek: Cat 5e 100 MHz, Cat 6 250 MHz, Cat 6A 500 MHz. TIA, 100 metrelik 10GBASE-T için en az Cat 6A istiyor; Cat 6 ile mesafe 37 ile 55 metreye iniyor.

Kabloyu burada yalnızca adıyla anıyorum. UTP’nin ucundaki RJ-45’in iki resmi sonlandırma şeması var: T568A ve T568B. Elektriksel olarak aynılar, fark sekiz telin renk sırasında. Kabloyu 56. bölümde elimize alacağız.

Özet

• Topoloji iki ayrı sorunun cevabı: kabloların dizilişi fiziksel topoloji, sinyalin izlediği yol mantıksal topoloji; ikisi aynı ağda farklı olabilir.
• Veri yolu kendi sınırlarına çarptı: tek kablo, tek kopmada ikiye bölünen ağ, 185 ile 500 metrelik segmentler ve yeri zor bulunan arızalar.
• Halka fiilen bir yıldızdı: jeton halkanın içinde dolaşıyordu ama kablolar merkezdeki kutuya gidiyordu.
• Yıldız kırılganlığı merkeze topladı: uçtaki arıza tek bir ucu düşürüyor, merkezdeki arıza her şeyi durduruyor, bedeli de fazladan kablo.
• Structured cabling (yapısal kablolama) bir bütçe: bakırın 100 metrelik kanalı, 90 metrelik sabit kablo ile 10 metrelik patch payı arasında bölüşülüyor.

Binanın şekli oturdu, switch de kat dolabında yerinde duruyor. Aynı switch’e bağlı iki bilgisayar aynı ağda olmak zorunda mı?