Hızlıca Veri İletişimi

Giriş

Bilginin bir yerden başka bir yere taşınmasına (iletilmesine), bilgi (veri) iletimi denir. Buradaki temel amaç veriyi, kayıpsız bir şekilde karşı tarafa ulaştırmaktır. İki uç arasındaki ortamları kullanmak üzere bu işlemin karşılıklı olarak yapılmasına ise Veri İletişimi denir.

Şekil -1 Veri iletimi

Veri İletişimin Tarihçesi

Veri iletişiminin ilk örnekleri olarak MÖ yıllarda kabileler arasında kullanılan duman sinyalleri ve davul sesleri verilebilir. Tabi bu sinyaller belirli kurallara göre kodlanmış değillerdi. Veri iletişimin atası olarak telgraf’ı gösterilebilir. 1837 yılında telgrafın icadı ve Morse Alfabesi’nin F.B.MORSE tarafından geliştirilmesi bugünkü anlamda veri iletişimi başlamış oldu. Telgrafta, bugünkü iletişim sisteminde kullanılan ikili sistemdeki 0 ve 1’lerin yerine nokta ve çizgiler kullanılmaktaydı. Bu nokta ve çizgiler, elektromekanik indüksiyon yoluyla bir tel üzerinden iletilmekteydi. Telgrafta; harf, rakam ve noktalama işaretleri değişik nokta-çizgi kombinasyonları ile oluşturulmaktaydı. Aslında ilk telgraf, İngiltere’de Sir Charles WHEATSTONE ve Sir William COOKE tarafından icat edilmiştir. Ancak bunların telgrafı, tek bir hat için altı tel gerektiriyordu. 1840’ta F.B.MORSE, telgraf için Amerika’da ruhsat almış ve ilk telgraf hattı Baltimore ile Washington (D.C.) arasında kurulmuştur. 1849 yılında ilk düşük hızda telgraf yazıcısı icat edilmiş, yüksek hızdaki (15 bps) telgraf yazıcıları ise 1860’larda kullanıma girmiştir. 1850 yılında bir insandan başka birisine kodlanmış bilgileri taşımak amacıyla Rochester’da (New York) Western Telgraph Company kurulmuştur.

1874 yılında Emile BAUDOT, telgraf çoğullayıcısını (multiplexer) icat etti. Bu çoğullayıcı 6 telgraf makinesinin sinyallerini tek bir tel üzerinden aynı anda iletilmesini sağlıyordu.
1876 yılında Graham BELL, telefonu icat etti. 1899’da MARCONI radyo telgraf mesajları göndermeyi başardı. 1920 yılında da ilk ticari radyo istasyonları kurulana kadar; telgraf, uzak mesafelere bilgi göndermenin tek yoluydu.

1940 yılında Bell Laboratuvarları, elektromanyetik röleler kullanarak ilk özel amaçlı bilgisayarı geliştirdi. İlk genel amaçlı bilgisayar, Harward University ve IBM (International Business Machines) tarafından ortaklaşa geliştirilen otomatik sıra kontrollü bir hesap makinesiydi. 1951’de Remington Rand Corporation (Şimdiki adı: Sperry Rand) tarafından üretilen UNIVAC bilgisayarı, geniş çapta üretilen ilk elektronik bilgisayardı. Günümüze kadar bilgisayarların sayısı ve modelleri giderek arttı, bu da gidererek daha çok insan arasında sayısal veri iletişimini gerekli kıldı.

1968 yılına kadar AT&T’in işletme yönergesi, AT&T hatlarına yalnızca AT&T’nin sağladığı donanımların bağlanmasına izin veriyordu. 1968’de ABD Anayasa Mahkemesi’nin Carterfone Kararı ile Bell dışındaki şirketlerin de AT&T iletişim ağına bağlanmasına izin verildi.

Veri İletişimi Şekilleri

Şekil–1,2’te basitleştirilmiş bir veri iletişimi devresi blok şeması görülmektedir. Blok diyagram; bir veri kaynağı (verici), veri iletim ortamı ve veri alıcısından (alıcı) oluşmaktadır. İletim ortamı: Bakır tel, koaksiyel kablo, fiberoptik kablo, mikrodalga veya uydu olabilir. Yani iletim ortamında sinyaller sayısal (dijital) veya analog (Örneksel) olarak iletilebilir. Bilgisayar ve türevleri donanımlar, dijital işaretlerle çalıştığından veri kaynağı ve alıcısı sayısal donanımlar içerir. Dolayısıyla eğer iletim analog olarak yapılıyorsa veri, kaynağından iletim ortamına bırakılmadan önce sayısaldan analoga dönüştürülmelidir. Aynı şekilde alıcı tarafta da iletim hattından gelen analog sinyal, sayısala çevrilmelidir. İki veya daha fazla yerin birbiriyle bağlanması, ağ olarak tanımlanır.

Şekil 2 - Veri İletimi

Veri iletişim devreleri (veya ağlar) iki gruba ayrılırlar:

İki-noktalı: Yalnızca iki yer veya istasyon mevcuttur.
Çok-noktalı: Üç veya daha çok yer veya istasyon mevcuttur.

Şekil 1.3 Veri iletim (ağ) devreleri

Ağ Topolojileri

Ağ içerisindeki kullanıcıların birbirleriyle olan bağlantıları, ağ topolojisini veya ağ mimarisini tanımlar. En yaygın kullanılan topoloji şekilleri şunlardır:

Noktadan noktaya topoloji
Yıldız topoloji
Halka topoloji
Yol topolojisi
Örgülü topoloji

Şekil 1.4 Topoloji çeşitleri

Veri İletişim Modları

Verilerin iletim yönlerine göre de veri iletişim modları dört alt gruba ayrılırlar:

Simpleks (Tek yönlü): Veri iletimi tek yönlüdür. Yani hat üzerinden bilgi yalnızca bir yöne gönderilebilir. Dolayısıyla simpleks hatlara yalnızca gönderme hatları, yalnızca alış hatları veya tek yönlü hatlar da denilmektedir. Şekil–1.5’teki simpleks iletimde veri ancak A’dan B’ye gönderilebilir.

Şekil 1.5 Simpleks iletim

Yarı dubleks (HDX): Veri ileti her iki yönde de yapılmakta, ancak iletim zamanı farklıdır. Yani her iki yönde iletim aynı anda gerçekleştirilememektedir. Bu tip hatlara iki yollu sıralı değişimli hatlar da denilmektedir. Şekil–1,6’daki blok şeması t1 zaman dilimde A istasyonu B’ye bilgi göndermekte, t2 (t1t2) anında ise B istasyonu A’ya bilgi göndermektedir.

Şekil 1.6 Yarı Dubleks

Tam dubleks (Çift yönlü – FDX): Aynı zaman diliminde her iki yönde de iletim gerçekleşmektedir. Yanı aynı anda her iki taraf veri alıp gönderebilir. Bu tür hatlara da iki yollu aynı anda hatlar veya yalnızca dubleks hatlar denilmektedir. Şekil–1,7’de görüldüğü gibi aynı anda A-B arasında her iki yönde de iletim gerçekleştirilebilir. Genellikle bunlar dört telli hatlarla gerçekleştirilmektedir. Ancak veri gönderme ve alma için farklı frekanslar kullanarak iki telli hatlarla da olmaktadır.

Şekil 1.7 Tam dubleks

Tam/tam dubleks (F/FDX): Buradaki iletim de aynı anda gerçekleşmektedir. Ancak bu tür sistemlerde iki istasyon yoktur. Yani birinci istasyon; veriyi, ikinci bir istasyona iletip üçüncü istasyondan veri alabilir. Bu tür düzenleme ancak çok-noktalı sistemlerde mevcuttur.

İki telli hatlarda; yarı dubleks ve tam dubleks iletim gerçekleştirilebilir. Ancak tam dubleks iletimde, gelen ve giden sinyaller farklı bant genişliklerinde olmalıdırlar. Aksi takdirde sinyaller, birbirine karışırlar. Dört telli iletimde ise sinyaller birbirinden fiziksel olarak ayrıldıklarından aynı bant genişliklerinde kullanılmalarına rağmen karışmazlar. İki telliden iki kat daha fazla tel gerektirmesine, dolayısıyla maliyetinin iki kat pahalı olmasına rağmen, daha çok yalıtım sağlayan dört telli sistem iki telli sisteme tercih edilir.

Veri İletiminde Kullanılan Terimler

Bir sistemin bant genişliği, kaynak bilgiyi sistemde iletmek için gerekli minimum geçiş aralık değeridir. Yani bant genişliği, kaynak verideki tüm frekansları geçirmelidir. Belirli zaman aralığında ne kadar bilginin sistemde taşınabildiğinin ölçüsü ise kanal (bilgi) kapasitesi (veri iletim hızı) olarak adlandırılır

Şekil 1.8 Bant Genişliği

Veri İletişim Kodları

Harf, rakam, noktalama ve özel işaretlerini belirtmek için kullanılan semboller grubuna kod denir. Temel olarak veri iletişim kodlarında üç tür karakter kullanılır:

Veri bağlantı denetimi karakterleri: Verinin, kaynaktan hedefe düzenli bir şekilde akışını sağlamada kullanılırlar.
Grafik denetim karakterleri: Alıcı tarafındaki terminalde verinin söz dizimini veya gösterimini sağlarlar.
Alfasayısal karakterler: Harfleri, sayıları ve noktalama işaretleri için kullanılan çeşitli sembolleri temsil etmek için kullanılırlar.
Geniş çapta kullanılan ilk veri iletişim kodu Mors Alfabesiydi. Mors Kodu, sayısal bilgisayarlarda kullanılmaya elverişli değildir. Halen karakter kodlamada en çok kullanılan kodlar şunlardır:

Baudot Kodu: Teleks kodu olarak da adlandırılan bu kodlama sistemi, ilk sabit uzunluklu karakter kodudur. Baudot kodu 1875’te Fransa’da posta sistemleri mühendisi olan Thomas MURRAY tarafından geliştirilmiş ve telgraf yazımının öncülerinden Emile BAUDOT’un ismi verilmiştir. Baudot kodu, en çok TWX/Teleks sistemi gibi düşük hızda teletype donanımında kullanılan 5 bitli bir karakter kodudur. Dolayısıyla bu kodla 2^5 = 32 karakter temsil edilebilir. Bu da 26 İngiliz Alfabesi harflerini, 10 rakamı ve çeşitli noktalama ve denetim işaretleri için yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle Baudot kodunda kapasiteyi 58 karaktere çıkarmak için şekil kaydırma ve harf kaydırma karakterleri kullanılır. Baudot kodunun en son versiyonu, CCITT tarafından 2 Nolu Uluslararası Alfabe olarak tavsiye edilmektedir.

ASCII Kodu: 1963’te veri iletişim kodlarını standartlaştırmak amacıyla ABD, Bell System modeli 33 teletype kodunu ABD’nin bilgi değiş-tokuşu standart kodu (USASCII) olarak benimsedi. Bu kod daha çok ASCII–63 adı ile bilinmektedir. Benimsenmesinden bu yana ASCII kodu; 1965, 1967 ve 1977 versiyonları geliştirildi. 1977’deki versiyon CCITT tarafından 5 Nolu Uluslararası Alfabe olarak tavsiye edildi. ASCII, 2^7 = 128 kodu olan 7 bitli bir karakter grubudur.

EBCDIC Kodu: IBM tarafından geliştirlen ve IBM donanımı ile IBM uyumlu donanımlarda yaygın olarak kullanılan 8 bitli (28 = 256 karakter) en güçlü karakter grubudur.

Senkronizasyon

Senkronize etmek, zaman açısından çakıştırmak veya bir konuda zaman açısından anlaşmaya varmak demektir. Veri iletişiminde dört tür senkronizasyon mevcuttur:

Bit veya saat senkronizasyonu
Modem veya taşıyıcı senkronizasyonu
Karakter senkronizasyonu
Mesaj senkronizasyonu

Veri İletişim Protokolleri

Verinin düzenli bir biçimde alınıp verilmesini sağlayan kurallar bütününe veri iletişim protokolü denir. Veri hattı protokolleri temel olarak ikiye ayrılırlar:

Asenkron protokoller: Asenkron protokoller karaktere yöneliktir. Yani “iletim sonu (EOT)” veya “metin başlangıcı (STX)” karakterleri gibi benzersiz veri bağlantı denetim karakterleri, iletimin neresinde ortaya çıkarsa çıksınlar aynı eylemi gerçekleştirirler. En çok kullanılan asenkron veri iletim protokolleri:

8A1/8B1: Bell Systems’in seçmeli çağrı sistemi
83B: IBM’in asenkron veri hattı protokolü

Senkron protokoller: Senkron protokoller karaktere veya bite yönelik olabilirler. En çok kullanılan senkron protokoller:

BSC: En çok kullanılan karaktere yönelik protokol olan IBM’in 3270 ikili senkron iletişimi
SDLC: En yaygın kullanılan bite yönelik protokol olan (BPO) IBM’in senkron veri bağlantı iletişimi

Ağlar

Büyüklüklerine göre ağlar: Hizmet verdikleri coğrafi alın büyüklüğüne göre ağlar, ikiye ayrılır:

Yerel ağlar (LAN) : Küçük bir coğrafi alanda, çok değişik veri iletişim terminal donanımı arasında iki yönlü iletişimi sağlamak üzere tasarlanmış bir veri iletişim ağıdır.
Genel ağlar (WAN) : Çok büyük coğrafi alanlara hizmet veren ağ türüdür.

LAN Yerel iletişim ağları

I. Topoloji
II. İletim ortamı: Bütün LAN’larda iletim ortamı olarak koaksiyel kablo fiber optik kablolar kullanılmaktadır.
III. İletim formatı: İki temel iletim formatı kullanılmaktadır: Temel bant ve geniş bant.

Temel bant iletimde, iletim ortamı tek kanallı bir aygıt olarak kullanılır. Belli bir anda yalnızca bir istasyon iletim yapabilir ve bütün istasyonların aynı tür sinyalleri göndermesi ve alması gerekir. Temel bant formatı, sinyalleri iletim ortamına zaman bölmeli çoğullar.

Geniş bant iletimde ise, iletim ortamı çok kanallı bir aygıt olarak kullanılır. Her kanal farklı bir frekans bandında bulunur. Dolayısıyla her kanalda farklı bir kodlama tekniği olabilir ve her kanal farklı bir bit iletim hızında çalışabilir. Geniş bant iletimi, sinyalleri iletim ortamına frekans bölmeli çoğullar.

Kanal erişimi: Bir istasyonun, yerel iletişim ağına erişebilmek için kullandığı mekanizmaya kanal erişimi denir. LAN’larda kanal erişimi için iki yöntem kullanılır: Çarpışma algılamalı çoklu erişim, taşıyıcı algılama (CSMA/CD) ve sembol geçirme.

WAN Geniş Alan iletişim ağları

- Kamuya açık veri ağı (PDN) , kamuya açık telefon ağına benzer bir anahtarlamalı veri iletişim ağıdır, fakat PDN yalnızca veri aktarımı için tasarımlanmıştır.
- Katma değerli ağ (VAN) : yeni iletişim hizmet türleri sağlamak üzere ortak bir taşıyıcının hizmetlerine veya donanımına değer katar. Katma değere örnekler olarak; hata denetimi, artırılmış bağlantı güvenirliği, dinamik yönlendirme, arızaya karşı koruma, mantıksal çoğullama ve veri format dönüşümleri verilebilir.
- Paket anahtarlamalı ağ: Veri mesajları, küçük bilgi gruplarına bölünür ve bu gruplar bilgisayar denetimli anahtarlar kullanılmak suretiyle iletişim ağlarından varış yerlerine gönderilir.

Anahtarlamalı Şebekeler

Kamuya açık veri ağlarında yaygın olarak kullanılan üç anahtarlama tekniği vardır:

Devre anahtarlama: Kamuya açık telefon ağında, standart bir telefon araması gerçekleştirmek için kullanılır. Arama bağlantısı sağlanır, bilgi iletilir ve sonra da bağlantı kesilir. Aramayı sağlamak için gerekli süreye, kurma süresi denir. Bir kez arama sağlandıktan sonra ag anahtarlarıyla birbirine bağlanan devreler, arama süresince tek bir kullanıcıya ayrılır. Arama bağlantısı sağlandıktan sonra bilgi, gerçek zamanda iletilir. Arama sona erdiğinde devreler ve anahtarlar, bir başka kullanıcı için kullanılabilir duruma gelir. Sınırlı sayıda devre ve anahtarlama yolu mevcut olduğundan bloklama meydana gelebilir. Kaynak ile varış yeri arasında kullanılabilir devre veya anahtarlama yolu bulunmadığından bir aramanın gerçekleştirilememesi durumuna bloklama denir. Kaynaktaki ve varış yerindeki terminal donanımları, birbiriyle uyumlu olmalıdır. Bir devre anahtarı , “saydam” bir anahtardır. Anahtar, veriye saydamdır; yaptığı tek şey, kaynak ile hedef (varış yeri) terminal donanımlarını birbirine bağlamaktır. Bir devre anahtarı, devreye herhangi bir değer eklemez.

Mesaj anahtarlama: Bir tür sakla ve gönder ağıdır. Kaynak ve varış yeri tanımlama kodları da dahil olmak üzere veri, ağa aktarılır ve bir anahtarda saklanır. Ağdaki her anahtarın, mesaj saklama kapasitesi mevcuttur. Ağ; uygun olduğu takdirde, veriyi anahtardan anahtara aktarır. Dolayısıyla veri, gerçek zamanda iletilmez. Her anahtarda bir gecikme gerçekleşebilir. Bazen bu gecikme 24 saati bulabilir. Mesaj anahtarlamada, veri kaynağı ile alış yerindeki donanımların uyumlu olması gerekmez. Çünkü veri ağa aktarıldıktan sonra, iletilmek için daha uygun bir formata dönüştürülür. Mesaj anahtarlama, devre anahtarlamadan daha verimlidir. Çünkü iş yoğunluluğunun yüksek olduğu zamanlarda ağa giren veri muhafaza edilip daha sonra yük azaldığında aktarılabilmektedir. Mesaj anahtarı, bir “işlem” anahtarıdır. Çünkü veriyi saklayabilir, verinin formatını ve iletim hızını değiştirebilir. Mesaj anahtarlama, farklı kaynaklardan gelen veriyi ortak bir kabloya çoğullar.

Paket anahtarlama: Veriler, ağda iletilmeden önce paketler adı verilen küçük segmentlere bölünür. Bir paket, bir anahtarda kısa bir süreliğine hafızada tutulabildiği için paket anahtarlamaya bazen tut ve ilet ağı da denir. Paket anahtarlamada; mesajın bölündüğü paketlerden her biri, ağda farklı bir yol izleyebilir. Dolayısıyla paketler, genellikle alma terminaline gönderildikleri zaman ve zaman içinde varmazlar. Paketler küçük olduğu için tutma süresi oldukça kısadır ve iletim neredeyse gerçek zamanda gerçekleşir. Ancak paket anahtarlama ağları karmaşık ve pahalı anahtarlama düzenlemeleri ve karmaşık protokoller gerektirir. Paket anahtarı da bir “işlem” anahtarıdır.

Tablo: Anahtarlama türlerinin karşılaştırılması

	Devre anahtarlama	Mesaj anahtarlama	Paket anahtarlama
İletim yolu	Özel iletim yolu var	Özel iletim yolu yok	Özel iletim yolu yok
İletilen veri	Sürekli veri iletimi	Mesajların iletimi	Paketlerin iletimi
İletim zamanı	Gerçek zamanlı iletim ı	Gecikmeli iletim	Yaklaşık gerçek zamanl
Hafıza	Mesajlar saklanmaz	Mesajlar saklanır	Paketler, kısa bir süre tutulur
Format	Hız ve format dönüşümü yok	Hız ve format dönüşümü var	Hız ve format dönüşümü var
Bant genişliği	Sabit bant genişliği	Dinamik bant genişliği	Dinamik bant genişliği
Meşguliyet	Hedef meşgul ise meşgul sinyali var	Meşgul sinyali yok	Meşgul sinyali yok
Gecikme	Arama-kurma gecikmesi	Mesaj iletim gecikmesi	Paket iletim gecikmesi
Bloklama	Olabilir	Yok	Yok
Doğruluk	Mesajın kaybolmasından kullanıcı sorumludur	Kayıp mesajlardan ağ sorumludur	Ağ, her paketten sorumlu olabilir ama tüm mesajdan sorumlu değildir

OSI Protokolü Hiyerarşisi

OSI uluslararası protokol hiyerarşisi, ağ yükümlülüklerini yedi düzey veya katmana ayırmak suretiyle veri işlem donanımlarının birbiriyle iletişimini kolaylaştırmak için geliştirilmiştir. Yükümlülükleri katmanlara ayırmanın ardındaki temel kavram; her katmanın, daha alt katmanlar tarafından sağlanan hizmetlere değer katmasıdır. Bu yolla, en üst düzeye dağıtılmış veri uygulaması çalıştırmak için gerekli tüm hizmet grupları sunulur.

OSI ULUSLARARASI PROTOKOL HİYERARŞİSİ KATMANLARI:

- Katman–1 [Fiziksel katman] : Hiyerarşinin en alt düzeyidir ve veri iletişim ağına erişmek için gerekli fiziksel, elektriksel, işlevsel standartları ve iletişim standartlarını belirler.
- Katman–2 [Veri bağlantı katmanı] : Ağdaki birincil ve ikincil düğümler arasındaki iletişimden sorumludur. Veri bağlantısını etkinleştirme, koruma ve pasifleştirmede kullanılır. Veri bağlantı katmanı; bilgi zarfının son çerçevelemesini gerçekleştirir, düğümler arasındaki düzenli bilgi akışını kolaylaştırır ve hata bulma ile hata düzeltmeye imkân tanır.
- Katman–3 [Ağ katmanı] : Ağ tarafından sağlanan en uygun ağ düzenlemesinin (numara çevirme, kiralama veya paket) hangisi olduğunu belirler.
- Katman–4 [Taşıma katmanı] : Mesajın baştan sona ( buna mesaj yönlendirme, segmentlere ayırma ve hata düzeltme de dahidir) doğruluğunu kontrol eder.
- Katman–5 [Oturum katmanı] : Ağın kullanılabilirliğinden sorumludur (diyalog türünün simpleks, yarı dubleks veya tam dubleks). Oturum yükümlülüklerine; ağa girme, ağdan çıkma ve kullanıcının doğrulanması da dahildir.
- Katman–6 [Sunum katmanı] : Söz dizimi veya temsil ile ilgilenir. İşlevleri; veri formatlama, kodlama, mesajların şifrelenmesi, şifrelerin çözülmesi, diyalog işlemleri, senkronizasyon, kesme ve sonlandırma vb. Sunum katmanı, kod ve karakter grubu çevirme işlemi gerçekleştirir ve mesajların ekranda görünme mekanizmasını belirtir.
- Katman–7 [Uygulama katmanı] : Bir uygulama içindeki faaliyetlerin sırasını kontrol eder, ağın genel yöneticisine benzer. Uygulama katmanı, kullanıcının uygulama programı ile doğrudan iletişimde bulunur.

Şekil: OSI protokolü hiyerarşisi

Modemler

Modem sözcüğü modülatör/demodülatör kelimelerinin ilk hecelerinin birleştirilmesinden oluşturulmuştur. Modemler, sayısal sinyallerle analog hatların birlikte çalışmasını sağlarlar. Modülatör, bilgisayardan veya terminallerden sayısal girişler alır ve temel bant darbelerini iletim için analog ses frekansı sinyallerine dönüştürür. Hattın ucundaki diğer modemde de demodülatör, analog ses frekansı sinyallerini tekrar temel bant sinyallerine dönüştürür.