INTRANET / LAN ve Layer 2 Anahtarlama

LAYER 2 SWITCHING
KATMAN 2 ANAHTARLAMA:

Network bağlantı teknolojileri kullanılmaya başlandığı sırada, farklı üreticelerin ürettikleri cihazlar aynı network içerisinde kullanılamıyordu. Bu durum şirketlerin bütün cihazlarını aynı üreticiden almasını zorunlu kılmaktaydı. 1970’lerin sonuna doğru ISO (International Organization for Standardization), OSI (Open System Interconnection) modelini tanımlayarak tüm bu kısıtlamaların önüne geçmiştir. Bu model ile farklı üreticilerden alınan cihazlar aynı network ortamında birbirleri ile haberleşmeye başlamışlardır.

OSI Referans Modeli 7 katman (layer)’dan oluşmuştur. Bu katmanlar sırasıyla;

• Application
• Presentation
• Session
• Transport
• Network
• Data Link
• Physical;  katmanlarıdır.

Bu katmanlardan kısaca bahsetmek gerekirse;

• Application Layer (Uygulama Katmanı): Kullanıcı tarafından çalıştırılan tüm uygulamalar bu katmanda tanımlıdırlar. Bu katmanda çalışan uygulamalara örnek olarak, FTP (File Transfer Protocol), SNMP (Simple Network Management Protocol), e-mail uygulamaları verilebilir. 
• Presentation Layer (Sunuş Katmanı): Bu katman adını amacından almıştır. Yani bu katman verileri uygulama katmanına sunarken veri üzerinde bir kodlama ve dönüştürme işlemlerini yapar. Ayrıca bu katmanda veriyi sıkıştırma/açma, şifreleme/şifre çözme, EBCDIC’dan ASCII’ye veya tam tersi yönde bir dönüşüm işlemlerini de yerine getirir.  Bu katmanda tanımlanan bazı standartlar ise şunlardır;PICT ,TIFF ,JPEG ,MIDI ,MPEG. 
• Session Layer (Oturum Katmanı): İletişimde bulunacak iki nokta arasındaki oturumun kurulması, yönetilmesi ve sonlandırılmasını sağlar. Bu katmanda çalışan protokollere örnek olarak NFS (Network File System), SQL (Structured Query Language), RPC (Revate Procedure Call), ASP (AppleTalk  Session Protocol) ,DNA SCP (Digital Network Arcitecture Session Control Protocol) ve X Window verilebilir.  
• Transport Layer (İletişim Katmanı): Bu katman iki düğüm arasında mantıksal bir bağlantının kurulmasını sağlar. Ayrıca üst katmandan aldığı verileri segment’lere bölerek bir alt katmana iletir ve bir üst katmana bu segment’leri birleştirerek sunar. Bu katman aynı zamanda akış kontrolü (flow control) kullanarak karşı tarafa gönderilen verinin yerine ulaşıp ulaşmadığını kontrol eder. Karşı tarafa gönderilen segment’lerin karşı tarafta gönderenin gönderdiği sırayla birleştirilmesi işinden de bu katman sorumludur.          
• Network Layer (Ağ Katmanı) : Bu katman , veri paketlerinin ağ adreslerini kullanarak bu paketleri uygun ağlara yönlendirme işini yapar. Yönlendiriciler (Router) bu katmanda tanımlıdırlar. Bu katmanda iletilen veri blokları paket olarak adlandırılır. Bu katmanda tanımlanan protokollere örnek olarak IP ve IPX verilebilir. Bu katmandaki yönlendirme işlemleri ise yönlendirme protokolleri kullanılarak gerçekleştirilir. Yönlendirme protokollerine örnek olarak RIP,IGRP,OSPF ve EIGRP verilebilir. Burada dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta da yönlendirme protokolleri ile yönlendirilebilir protokollerin farklı şeyler olduğudur. Bu katmanda kullanılan yönlendirme protokollerinin görevi ,yönlendirilecek paketin hedef’e ulaşabilmesi için geçmesi gereken yolun hangisinin en uygun olduğunu belirlemektir. Yönlendirme işlemi yukarıda bahsettiğimiz yönlendirme protokollerini kullanarak dinamik bir şekilde yapılabileceği gibi ,yönlendiricilerin üzerinde bulunan yönlendirme tablolarına statik olarak kayıt girilerek de paketlerin yönlendirilmesi gerçekleştirilebilir. 
• Data Link Layer (Veri Bağı Katmanı) :Network katmanından aldığı veri paketlerine hata kontrol bitlerini ekleyerek çerçeve (frame) halinde fiziksel katmana iletme işinden sorumludur. Ayrıca iletilen çerçevenin doğru mu yoksa yanlış mı iletildiğini kontrol eder ,eğer çerçeve hatalı iletilmişse çerçevenin yeniden gönderilmesini sağlamak da bu katmanın sorumluluğundadır. Bu katmanda ,iletilen çerçevenin hatalı olup olmadığını anlamak için  CRC ( Cyclic Redundancy Check)  yöntemi kullanılır. Switch’ler ve Bridge’ler bu katmanda tanımlıdırlar. 
•  Physical Layer (Fiziksel Katman):Verilerin fiziksel olarak gönderilmesi ve alınmasından sorumlu katmandır. Hub’lar fiziksel katmanda tanımlıdırlar.Bu katmanda tanımlanan standartlar taşınan verinin içeriğiyle  ilgilenmezler. Daha çok işaretin şekli ,fiziksel katmanda kullanılacak konnektör türü , kablo türü  gibi elektiriksel ve mekanik özelliklerle ilgilenir. Örneğin V.24 ,V.35, RJ45 ,RS-422A standartları fiziksel katmanda tanımlıdırlar.

Layer 2 switching donanım tabanlı bir filtreleme yöntemidir. OSI modelinin 2. katmanında yer alır. Network trafiğini yönetmek için NIC (Network Interface Card) kartlarının MAC (Media Access Control) adreslerini kullanmaktadır. Layer 2 switch aygıtları paketleri (frame) donanım adreslerine göre gönderdikleri ve MAC adreslerini kullandıkları için oldukça hızlıdırlar. Switchlerde filter tablolarını oluşturmak için ASIC (Application Specific Integrated Circuits) teknolojisi kullanılmaktadır.
Layer-2 switching kullanmanın en önemli amacı, ağı collision (çakışan) domainlere bölmektir. Böylece ağ ortamı daha verimli kullanılmış olur. Switch kullanarak ağ ortamı segmentlere bölünebilmektedir.. Böylece ağdaki collision domain sayısını arttırılarak collision azaltmış olur. Fakat switch kullanılarak yapılan segmantasyon işleminden sonra bile mevcut ağ tek bir broadcast domain olarak kalır. Yani yapılan tüm broadcast mesajlar ağın tamamını etkiler. Eğer ağ birden fazla broadcast domaine bölünmek istenirse bu durumda segmentasyon işlemi için router kullanılmaktadır . 

İnternet bağlantısı ve inter-VLAN bağlantısı için harici router ve layer 2 switch kullanımı

Donanım temelli köprü (bridging), hız ve düşük maliyet sağlayan Layer 2 Switching kavramının en önemli fonksiyonları:

• Adres öğrenme (address learning):  Layer 2 swicth ve bridge’ler, herbir arayüzlerinden aldıkları çerçevelerin kaynak adreslerini öğrenerek bu adresleri kendi MAC veritabanlarına kayıt ederler.
• İletme/Filtreleme Kararı (forward/filtering): Switch, arayüzlerinden aldığı herbir çerçevenin hedef adresine bakar ve bünyesinde bulundurduğu  MAC veritabanına bakarak bu çerçevenin hangi arayüzünden çıkarılacağına karar verir.
• Döngüden Kaçınma (loop avidiance): Eğer ağdaki switch’ler arasında birden fazla bağlantı varsa, bu switchler arasında bir dönğü ağı (redundancy) oluşabilir. Bu durumu önlemek için STP (Spanning Tree Protocol) protokolu kullanılır. Bu protokol DEC tarafından geliştirilmiş ve IEEE tarafından 802.1 olarak kabul edilmiş bir protokoldür.

STP  protokolü birden fazla link üzerinden birbirine bağlanmış switch’ler arasında bir ağ döngüsü olmasını engeller. Bunun için , kullanılan yedek linkleri kapatır. Yani STP ağdaki tüm linkleri bularak bu linklerin yedek olanlarını kapatıp döngü oluşmasını engeller. Bunu gerçekleştirmek için ağ üzerindeki switch’lerden bir tanesi “root bridge” olarak seçilir. Bu switch’in portları da “designated port” olarak adlandırılır. Bu portlar üzerinden trafik alış verişi olur. Ağdaki diğer switch’ler ise “nonroot bridge” olarak adlandırılır. Root switch, ağ üzerinde daha  düşük öncelikli ID’ye ve MAC adresine sahip olan switch olur. Root switch’in dışındaki switch’ler kendileri ile root switch arasındaki en düşük cost değerine sahip yolu seçerler. Bu yolun haricindeki diğer yollar yedek olarak kalır ve birinci yol aktif olduğu müddetçe bu yollar kullanılmaz. STP protokolü , BPDU (Bridge Protocol Data Unit) tipinde çerçeveler kullanır.