Bölüm 21:Fiziksel Adresleme

Çerçeve kartın halka tamponunda hazır bekliyor. Tamponu da kartın kendi işlemcisini de gezdin; üstüne yazılacak iki adı ise boş bıraktım.

O ad fabrikada verilmiş, kartın belleğinde duruyor ve bu ağın dışında hiçbir anlamı yok. Fabrikanın verdiği bir ad dünyada nasıl tek kalıyor?

Bir adı dünyada tek yapan ne?

Ethernet arayüzünün adı 48 bit. Onaltılık yazımda bu 12 haneye düşüyor, çünkü her onaltılık hane tam 4 bit taşıyor. Haneler ikişer gruplanınca 6 sekizli çıkıyor, ve adresi kısa çizgilerle ayrılmış görmenin sebebi bu. Sayının adı MAC adresi; literatürde fiziksel adres ya da NIC adresi diye de anılıyor, ama bu kitapta tek biçimde kalıyor.

Adın MAC olmasının sebebi Ethernet’in ortam erişim denetimi sistemi. O sistem yalnızca kimin ne zaman konuşacağını ayarlamakla kalmıyor, çerçevenin kendisini ve adreslemesini de kapsıyor.

48 bitlik uzay 281.474.976.710.656 adres tutuyor. Bu kadar geniş bir uzayda iki üreticinin aynı sayıyı vermemesi tesadüf sayılamaz. Uzayın dağıtımını IEEE yönetiyor; kart üretecek şirket oradan bir blok satın alıyor ve ödediği ücret sembolik kalıyor. Tekliği sağlayan şey o satın alma.

Dilimin adı kurumsal tekil tanımlayıcı; Türkçe kaynaklarda Organizasyonel Tek Kimlik, kısaltmasıyla OUI. IEEE her üreticiye 24 bitlik bir OUI veriyor. Üretici adresin ilk 24 bitine kendi OUI’sini koyuyor, kalan 24 biti kendi üretim sayacıyla dolduruyor. Tek dilim 16.777.216 adres taşıyor.

Bugün dilim tek boyda satılmıyor. On altı milyon adres, yılda birkaç yüz cihaz üreten bir şirket için akıl almaz bir israftı; IEEE bu yüzden üç beden tanımladı:

Bunun pratik bir sonucu var ve arıza ararken tökezletiyor: ilk üç sekizli artık tek başına üreticiyi vermeyebilir. MA-S bloğunda ilk 36 bit, yani dört buçuk sekizli IEEE’ye ait; aynı ilk üç sekizliyi 256 ayrı şirket paylaşıyor olabilir. Adresten üretici çözen araçlar bu yüzden tam eşleşme değil, en uzun önek eşleşmesi yapıyor — yönlendirme tablosunda karşına çıkacak mantığın aynısı, başka bir uzayda.

Yine de çoğu durumda ilk üç sekizliye bakarak arayüz yongasının üreticisini bulmak mümkün. Arıza ararken işe yarıyor: elindeki adresin hangi karta ait olduğunu bilmek, o kartı binada aramaktan kolay.

Fabrikanın verdiği adın ikinci yararı, ağ yöneticisinin adres dağıtma ve yönetme işini tamamen ortadan kaldırması. İş üretim hattında bitiyor.

Neden kartın kendi adı var?

Arayüz sözleşmesi her katmana kendi adlandırma düzenini bırakıyor, ve üç katman üç ayrı ad kullanıyor. Uygulama katmanında makinenin adı, ağ katmanında IP adresi, bağ katmanında MAC adresi var. Adın sayıya nasıl çevrildiğini kök sunuculardan yetkili sunucuya kadar adım adım takip etmiştik. Oradaki ad insan içindi.

MAC adresi düz bir ad: içinde ağ kısmı, makine kısmı gibi bir bölümlenme yok. Zaten işi de dar; çerçeveyi bir arayüzden, ona fiziksel olarak bağlı başka bir arayüze ulaştırmaktan ibaret. Kart nereye giderse gitsin adresi değişmiyor. 802.11 arayüzü olan bir telefon hangi ağa girerse girsin aynı adı taşıyor. Ad kartla birlikte yolculuk ediyor.

IP adresi ise hiyerarşik. Ağ kısmı ve makine kısmı var, ve makine başka bir alt ağa taşınınca adresin değişmesi gerekiyor.

Kartlara MAC yerine doğrudan IP verilseydi ne olurdu? Başka ağ katmanı protokollerini desteklemek zorlaşırdı; MAC bilerek tarafsız bırakıldı. Kart ağ katmanı adresini tutsaydı, o adresin kart belleğinde saklanması gerekirdi. Her taşınmada ve her açılışta yeniden yapılandırılırdı.

Kartlarda hiç adres olmaması ise başka bir bedel getirirdi. Yerel ağ geniş yayın ortamı, yani ortamdaki veriyi herkes alıyor. Adres olmasaydı makine yerel ağdaki her çerçeve için kesmeye uğrardı. Adres, işletim sistemini rahatsız etmemek için var.

Kart hangi çerçeveyi açar?

Kapsülleme merdivenini çıkarken bu iki alanın genişliğini vermiş, içini kasten boş bırakmıştım. Çerçevede hedef adres önce, kaynak adres sonra geliyor ve ikisi de 6 bayt tutuyor. Sıra keyfi değil ve kartın işini doğrudan belirliyor.

Ethernet arayüzü kablodaki her çerçeveyi en azından hedef adres alanına kadar okumak zorunda. Adres tutmuyorsa geri kalanını okumadan bırakabiliyor. Hedef adres kendisininkiyle eşleşiyorsa ya da yayın adresiyse yükü ağ katmanına çıkarıyor. Eşleşme yoksa çerçeveyi atıyor ve datagramı yukarı hiç vermiyor.

Bu filtre kapatılabiliyor. Yakalamayı karışık modda yaparken kart eşleşmeyen çerçeveleri de yukarı veriyordu; ekranda gördüğün trafik o yüzden kendi adresinle sınırlı kalmıyordu.

Adres alanlarından önce önsöz duruyor: 8 baytlık bir alan. İşi alıcı ile göndericinin saat hızlarını eşitlemek. IEEE 802.3 bu alanı ikiye ayırıyor: ilk 7 bayt önsöz, son 1 bayt çerçeve başlangıç sınırlayıcısı. Desen 7 bayt boyunca 10101010, ardından bir bayt 10101011 geliyor. Sondaki iki 1 biti adres alanının başladığını işaretliyor.

Kaynak adres alanı çerçeveyi gönderen cihazın MAC adresini taşıyor. Bu alan her zaman tek bir arayüzü gösteren adres olmak zorunda, oraya yayın adresi yazılamıyor. Ethernet MAC protokolü kaynak adresi hiçbir şekilde yorumlamıyor. Alan üst katman yazılımı, arıza takibi ve anahtarlar için duruyor. Anahtar, kaynak adresleri kendi portlarıyla eşleyen tabloyu bu alandan kuruyor; anahtarın her portunun da fabrikada atanmış kendi adresi var.

Adreslerden sonra gelen tür alanı içerideki üst katman protokolünü bildiriyor. Çerçevenin sonundaki CRC ise bozulmayı sezmek için duruyor.

Kırk sekiz bitin nasıl bölündüğünü tek tek açalım:

İkinci hane ne söylüyor?

Hedef adresin tele ilk giden biti adresin kime gittiğini söylüyor. Sıfırsa tek bir arayüzün MAC adresi, birse bir gruba gönderim. Fabrikada atanan adresin teknik adı bu yüzden tekli yayın adresi. IEEE 802.3 ikinci bite ayrı bir anlam yüklüyor. Sıfırsa adres küresel yönetiliyor, yani üreticiden gelmiş. Birse yerel olarak yönetiliyor.

Bu iki bit adresin neresinde görünüyor? Sekizliler soldan sağa gönderiliyor ama bir sekizlinin içindeki bitler en anlamsızdan en anlamlıya doğru gidiyor. Sıra tersine dönüyor. Bayrak bitleri bu yüzden adresin ikinci onaltılık hanesinde okunuyor.

ilk sekizli  :  b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
tele çıkış   :  b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
                ^  ^
                |  +--  0: küresel yönetilen  ·  1: yerel yönetilen
                +-----  0: tekli yayın        ·  1: çoklu yayın

Kural bu yüzden tek bir haneye bakarak okunabiliyor:

Yerel yönetilen tekli yayın için 16 haneden yalnızca 4’ü uygun, yani %25.

Şu adres üstünde yürüyelim: 06-4B-7C-D2-05-9A. İlk sekizli 0x06, ikilik yazımda 0000 0110 oluyor. En anlamsız bitten gönderilince tele 0110 0000 olarak çıkıyor. İlk bit sıfır, yani tekli yayın; ikinci bit bir, yani yerel yönetilen. Bu adres tanımı gereği hiçbir üreticiye ait değil.

48 bitin hepsi bir olursa adres yayın adresine dönüşüyor: FF-FF-FF-FF-FF-FF. Gönderen kart herkesin işlemesini istiyorsa hedef adres alanına o özel değeri yazıyor. Yayın adresine gönderilen bir çerçeveyi yerel ağdaki her istasyon alıyor ve işlemek zorunda kalıyor. Bedeli herkese dağılıyor.

Yayın adresi aslında çoklu yayının özel hâli: bütün istasyonlardan oluşan grup. Bit kuralı da bunu doğruluyor, çünkü ilk bit bir olduğu için adres teknik olarak çoklu yayın. Çoklu yayın adresi tek bir çerçevenin bir istasyon grubu tarafından alınmasını sağlıyor. Arayüz, bir ya da daha fazla grup adresine gelen çerçeveleri alacak şekilde programlanabiliyor.

Ethernet’te yayın adresi tek bir sabit değer. IP’deki yayın adresi ise hangi alt ağda olduğuna göre değişiyor. Düz adres uzayı ile hiyerarşik adres uzayı arasındaki fark tam burada görünüyor.

Bir üst kattaki grup, buradaki adrese nasıl çevriliyor?

Ağ katmanı bir gruba paket yollamak istediğinde elinde bir çoklu yayın IP adresi var, ama kart yalnızca MAC adresi tanıyor. Aradaki dönüşüm bir tablo değil, doğrudan bir hesap — ve tasarımı bu kitapta göreceğin en pratik hilelerden biri.

IPv4’te kural şu: MAC adresinin ilk 25 biti sabit (01:00:5E ve ardından bir sıfır biti), kalan 23 bite IP adresinin son 23 biti kopyalanıyor.

IP  224.0.0.251   →  MAC  01:00:5E:00:00:FB
IP  239.255.255.250 →  MAC  01:00:5E:7F:FF:FA

İlk sekizli 01, yani ilk bit bir: adres tanımı gereği çoklu yayın. Hesap hiçbir sunucuya sormadan, hiçbir tablo tutmadan yapılabiliyor.

Bir kusuru var ve kasten kabul edilmiş. Çoklu yayın IP adresinin makine kısmı 28 bit ama MAC’e yalnızca 23 biti sığıyor; aradaki 5 bit düşüyor. Yani 32 ayrı IP grubu aynı MAC adresine düşüyor. Kart bunlardan birine üye olduğunda öteki 31’inin çerçevelerini de yukarı veriyor, ve ayıklamayı işletim sistemi yapıyor. Donanım filtresinin kaçırdığını yazılım filtresi topluyor.

IPv6 aynı numarayı daha bol yerle yapıyor: 33:33 ile başlıyor ve adresin son 32 bitini kopyalıyor. Çakışma ihtimali pratikte kalmıyor.

Aynı adres bir kat yukarıda yeniden doğuyor

MAC adresinin ikinci bir hayatı daha var. IPv6’da bir makine kendi adresini kendi üretiyor ve o adresin alt yarısını çoğu zaman kartın MAC adresinden çıkarıyor. Yönteme EUI-64 deniyor ve üç adımdan oluşuyor:

1. 48 bitlik adresi ortadan ikiye böl.
2. Araya FF:FE iki sekizlisini sok — 48 bit 64 bite çıkar.
3. İlk sekizlideki yerel yönetim bitini ters çevir.

MAC     00:1B:44:11:3A:B7
adım 1  00:1B:44 | 11:3A:B7
adım 2  00:1B:44:FF:FE:11:3A:B7
adım 3  02:1B:44:FF:FE:11:3A:B7      →   ::021b:44ff:fe11:3ab7

Üçüncü adım ilk bakışta keyfî görünüyor. Değil: EUI-64 uzayında bitin anlamı ters çevrilmiş — orada 1 “küresel”, 0 “yerel” demek. Aynı bit, iki farklı standartta zıt anlamlar taşıyor ve dönüşüm bunu düzeltiyor. Bir bitin anlamının bağlama göre değişmesi, bu kitapta gördüğün en sinsi uyumsuzluk olabilir.

Yöntemin bir bedeli daha vardı ve bu kez kabul edilmedi. MAC adresi değişmediği için ondan türetilen IPv6 adresinin alt yarısı da değişmiyordu; makine hangi ağa giderse gitsin adresinin yarısı aynı kalıyor, yani bu bölümün sonunda konuşacağımız iz kalıcı hâle geliyordu. RFC 8981 bu yüzden geçici adresler tanımladı ve modern işletim sistemleri dışarı çıkarken MAC’ten türetilmiş adresi değil, düzenli aralıklarla yenilenen rastgele bir adresi kullanıyor. Makinenin kendi IPv6 adresini nasıl bulduğunu anlatırken buraya geri döneceğiz.

MAC adresi yazılımla değiştirilebiliyor. Bugün kullanılan Ethernet arayüzlerinin hepsi buna izin veriyor, standart açıkça zorunlu kılmasa da uygulamada durum bu. Fabrika adı bir kilit değil, bir varsayılan.

Yerel yönetilen adresler Ethernet’te uzun süre seyrek kullanıldı. Sebebi sade: her arayüz zaten fabrikada tek bir adres alıyordu. Adres rastgeleleştirmesi tam olarak bu az kullanılan kapıdan geçiyor. İkinci biti bire çekiyor ve fabrikadan gelen adı bırakıyor. Rastgele üretilen sayının ikinci hanesi bu yüzden 2, 6, A ya da E oluyor.

İzlemeyle ilgisi doğrudan MAC’in düz yapısından geliyor. Değişmeyen bir ad, cihaz nereye giderse gitsin aynı kaldığı için tek başına bir iz. Telefonun her ağda aynı adı göstermesi, o telefonu her ağda tanınır yapıyor. Rastgeleleştirme bu izi kesiyor.

Kendi fabrika adını görmek istersen:

getmac /v /fo list

Komut her ağ kartı için bir blok döküyor: bağlantı adı, ağ bağdaştırıcısı, Fiziksel Adres ve taşıma adı. O satırdaki 12 hane, kartın ROM’una yazılmış ad. İkinci haneye bak: 0, 4, 8 ya da C ise elindeki ad gerçekten fabrikadan geliyor.

Özet

Peki, ne öğrendik?

• MAC adresi 48 bitlik ve bölümsüz: hiyerarşi taşımadığı için kart nereye taşınırsa taşınsın aynı sayıyı gösteriyor.
• Tekliği IEEE’nin dağıtımı sağlıyor: üretici 24 bitlik OUI’sini adresin ilk yarısına koyuyor, kalan yarıyı kendi üretim sayacıyla dolduruyor.
• Kart her çerçeveyi hedef adrese kadar okuyor: eşleşme ya da yayın adresi yoksa gerisini okumadan bırakıyor ve işletim sistemini hiç rahatsız etmiyor.
• Kural tek haneye iniyor: ikinci onaltılık hane tekse çoklu yayın; 2, 6, A ve E yerelde verilmiş, 0, 4, 8 ve C ise küresel tekli yayın anlamına geliyor.
• Çoklu yayın adresi hesaplanır, sorulmaz: IPv4’te 01:00:5E önekine adresin son 23 biti kopyalanır ve 32 grup aynı MAC’e düşer; ayıklamayı yazılım tamamlar.
• Aynı adres bir kat yukarıda yeniden doğuyor: EUI-64 araya FF:FE sokup yerel yönetim bitini ters çevirir, çünkü o bitin anlamı iki standartta zıttır.

Çerçevenin iki adresi de yerinde: kimin gönderdiği ve kimin alacağı yazılı. Ama bu çerçeve şimdi bakırın ya da camın içinde kilometrelerce yol alacak. Yolda tek bir bit ters dönerse bunu kim fark edecek?