Ethernet günümüzde kullanılan en yaygın protokoldür. Evlerde, ofislerde ISP’lerin ana omurgasında ethernet vardır. Kullanımda 1 numaralı protokol haline gelmiştir. Ethernetin ilk çıktığı dönemlerde bir hayli rakip protokol vardı. (ATM, FDDI, Token Link vs.) Hepsi zaman içerisinde yok olmuştur. Hepsini silip atan ethernet günümüzde 1 numaralı ikinci ve birinci katman protokolüdür. Ethernet hem diğer teknolojilere göre çok daha hızlıdır, hem de bu yüksek teknolojileri diğerlerine kıyasla çok daha ucuza sağlayabilen bir protokoldür.

Ethernet’in Ortaya Çıkışı

Ethernetin çıktığı gün 10 Mbit hız ile çıkmıştır. 1960’ların teknolojisidir. İlk olarak Hawaii’de Aloha.net adlı bir ağ çıkışına öncülük etmiştir. Burada CSMA/CD algoritması telsiz ağı haberleşmesi üzerinden türetilmiştir. Ethernetin ana temeli orada atılmıştır.

Daha sonraları ise bugün printer firması olarak biliniyor olsa da o zamanın en büyük bilişim firmalarından olan Xerox (o zamanlar bilgisayar mouse ve işletim sistemi de üretiyordu ) Intel ve Digital denilen üç firma birleşip DIX(Digital-Intel-Xerox) ethernet şeklinde geliştirmiştir. Hatta bugünkü ethernet hala DIX ethernetten kalma bir ethernettir. Öyle bir dizayn yapılmıştır ki aradan onlarca yıl geçmiş olmasına rağmen hala kullanılmaktadır.

Aslen ethernet denildiğinde aklımıza 802.3 gelmesi gerekmektedir. Çünkü 802.2 sadece ethernet değil bir çok haberleşme teknolojisinin altyapısını tarif eden standarttır. Etherneti tarif eden 802.3’dür.  Wireless’i tarif eden standart ise 802.11’tür.

Peki bu numaralar nedir ? IEEE Amerika’nın Elektrik Elektronik Mühendisleri Odası gibi bir kar amacı gütmeyen non-profit organizasyondur. Bu organizasyon online haberleşmenin standartlarını koymaktadır. Bunu yaparken de endüstri liderleriyle çalışarak bu standardı belirler. Bu sayede herkes aynı şekilde çalışıp haberleşebilir. Standartların gelmesinin bir diğer sonucu olarak teknolojinin önü de açılmıştır.

Daha önce de bahsedildiği gibi bilgisayarlar haberleşmek için protokollere ihtiyaç duymaktadır ve Ethernet bu sayede bugün 10, 100, 1000 ve 10 000, 40.000, ve 100.000 Mbps’lik (100 Gbps) veribandı genişliklerini destekler. 10 Gbden sonrası fiber e geçiyor.

Ethernet hem 2. hem 1. katmanda tanımlı bir protokoldür. Hepsi böyle değildir. Örneğin “kiralık devreler” 1. katmanda tarif edilir. 2. katmana başka protokolü koyarsınız. Eskiden 56k günlerinde evlerde Dial-up teknolojileri vardı öten. Orada kullanılan 1. katman analog telefon şebekesi, 2. katman protokolü ise PPP’dir. PPP (Point-To-Point) günümüzde de hala kullanılan bir protokoldür. Hatta ethernetten sonra dünyada enyaygın kullanılan 2. protokol de PPP’dir. WAN teknolojilerinde kullanılan bir protokoldür.

LLC ve MAC Alt Katmanları

Ethernet iki katmanı birden tarif eden bir dizayna sahiptir. Yani bu iki katman birbirinden ayrılamıyor ethernet kullanacaksanız. İki katmanında kuralları IEEE’nin koyduğu standartlar dahilinde belirlenmiştir.

LLC

  • Üst ve alt katman arasındaki iletişimi yürütür.
  • Ağ protokolü verisini alır ve paketin hedefe teslim edilmesine yardımcı olmak için kontrol bilgilerini ekler.

MAC

  • Veri bağlantısı katmanının düşük alt katmanını oluşturur.
  • Genellikle bilgisayar NIC’sinde olmak üzere donanım tarafından uygulanır.
  • İki ana sorumluluğu şunlardır:
    • Veri kapsülleme (ÇERÇEVE – FRAME oluşturma)
    • Medya erişim kontolü (MAC- Medyaya verilerin kontrollü iletimi)

LLC – Logical Link Control katmanı Mantıksal yönetimi yapar. Üst katman ve alt katman arasındaki iletişimi yürütür.

Kullanılan bir frame içerisine bir data konmuş olmak zorundadır. Bu konan data bir 3. katman protokole sahip olmalıdır. (Bu 2. katman sonuçta!) Peki bu 3. katman protokolü hangisi?

IP versiyon 4 mü? IP versiyon 6 mı? Yoksa eski protokollerden biri mi? IPX mi? Appletalk mu? Hangisi?

İşte LLC’nin en önemli işlevi bu problemi çözmektir. Bu neden önemli? IPv4 gelecekse bilgisayar ona göre işleyecek. IPv4’ün adres boyutu ile IPv6’nın adres boyutu farklı. Ona göre adresleri seçip içinden alıp kullanacak.

LLC’nin diğer bir rolü de akış kontrolü gibi işleri hallederek paketin hedefe kadar ulaşmasına yardımcı olmaktır.

MAC – Media Access Contol ise alt katman üzerinde çalışır. Birinci katmana geçişi sağlar. Genellikle bilgisayarların NIC biriminde olmak üzere donanım tarafından uygulanır. İki ana sorumluluğu vardır. Bunlardan biri frame oluşturulmasıdır. Hatırlanacak olursa ikinci katmanda kapsülleme yapılırken diğer katmanlardan farklı olarak önüne bir başlık ve arkasına bir kuyruk konur. Sade ikinci katmanda arkasına kuyruk koulmaktadır. Bir çerçeve içine alınır ve data kısmı arada kalır. Bu nedenle bu PDU frame (çerçeve) adını almıştır.

Frame veri kümesinin sınırları tam anlamıyla tarif eder. Diğerlerinde bitişini tarif eden bir veri kümesi yoktur.

Ayrıca MAC katmanı bir adresleme mimarisine de sahiptir. Bu adrese MAC adresi denmektedir.

Ethernet Çalışması – MAC Alt Katmanı

Veri Kapsülleme:

  • İletimden önce çerçevenin birleştirilmesi ve çerçevenin alınmasından sonra çerçevenin açılması
  • MAC katmanı ağ katmanı PDU’suna başlık ve artbilgi ekler.

Üç Ana İşlev Sağlar:

  • Çerçeve sınırlama – Çerçeveyi oluşturan bit grununu tanımlar: ileten ve alıcı düğümler arasında senkronizasyon sağlar.
  • Adresleme – Çerçeveye eklenen her Ethernet başlığı çerçevenin hedef düğüme teslim edilmesine olanak tanıyan fiziksel adresi (MAC adresi) içerir.
  • Hata Tespiti – Her Ethernet çerçevesi çerçeve içeriğinin döngüsel yedeklik kontrolünün (CRC) bulunduğu bir artbilgi içerir.

MAC alt katmanı Network katmanı PDU’suna başlık ve artbilgiyi ekler. Sonuçta bu ikinci katman protokolü şunu sağlamaktadır: Bir bilgisayardan çıkan bir frame’i bir sonraki ara cihaza derdinde, fakat birden fazla router olması durumunda hangi cihaza gideceğini MAC adresi belirler.

Kuyruk denilen kısımın içerisinde CRC denilen matematik fonksiyonu ile hesaplanmış bir kontrol humarası (checksum) vardır.

CRC algoritması ile hesaplanmış bu kontrol numarasına FCS (frame check sequence) denir. Bu numara frame hedefe ulaşana kadar 1 bit bile bozulursa kaynakta hesaplanan kontrol numarası farklı olacağı için bozulma anlaşılır. Frame çöpe atılır. Bu işlem her frame için yapılmakta olduğu unutulmamalıdır. Bir framein toplam boyutu 1518 byte olduğu düşünülürse (kuyrukla beraber 1522’ye çıkıyor sanırım.) 1500 byte olsun. İndirilecek 1 GB veri için yaklaşık 700 bin frame eder. Her bir frame için bu işlem tekrarlanmaktadır.


Medya Erişim Kontrolü

  • Çervevelerin medya üzerine yerleştirilmesinden ve medyadan kaldırılmasından sorumludur.
  • Doğrudan fiziksel katmanla iletişim kurar.
  • Tek ortamdaki birden çok cihaz eş zamanlı olarak veri iletmeye çalışırsa, veriler bozuk ve kullanılamaz hale gelecek şekilde çarpışacaktır.
  • Ethernet düğümlerinin Taşıyıcı Algılama Çoklu Erişimi (CSMA) teknolojisini kullanarak erişimi paylaşmalarını kontrol etmeye yönelik bir metot sunmaktadır.
  • NOT : 2. Katmanda son cihazlara <düğüm> (node) denmektedir.

Datanın bozulmamasını bozulduysa çöpe atılması sağlanmaktadır. Bozulma olduysa düzelme işlemleri üst katman protokolleri üstlenir. Onu yapan protokol ethernet değildir.

Ethernet connectionless çalışır. Yani karşı tarafa yollar. Karşı tarafta biri var mı yok mu, canlı mı kontrol etmez. Karşı tarafa paketi elinden gelecek en iyi şekilde yollamaya çalışır. Ulaşamazsa da paket çöpe gider. Bu reliability özelliğini sağlatan katman ise 4. katman transport katmanıdır.