Sanal Yerel Ağlar

Önceki ders taşırmanın bedelini saydı ve bedelin nereden geldiğini gösterdi: taşırılan çerçeve yayın alanının tamamına gider, yani maliyeti doğrudan o alanın büyüklüğüyle çarpılır. Sekiz istasyonluk bir alanda tek bir taşırma sekiz kopyaya mal olurken, aynı taşırma seksen istasyonluk bir alanda seksen kopyaya mal olur.

Buradan görünen çıkış yolu alanı küçültmektir. Ama alanı küçültmenin bilinen yolu ağı fiziksel olarak ayırmaktır: ayrı anahtarlar, ayrı kablolar, ayrı yerler. Bu dersin sorusu şudur: aynı fiziksel anahtar üzerinde, kabloları değiştirmeden birden çok yayın alanı tanımlanabilir mi, ve tanımlanırsa ne kazanılır, ne ödenir?

Kimlik Bağlantı Noktasına Verilir

Sanal yerel ağ (VLAN), bir anahtarın bacaklarını numaralı kümelere ayırmasıdır. Her bacağa bir kimlik atanır; anahtar, bir bacaktan gelen çerçeveyi yalnız aynı kimliğe sahip bacaklara verir. Taşırma da bu kurala uyar: hedefi bilinmeyen çerçeve bütün bacaklara değil, yalnız kendi kimliğinin bacaklarına taşırılır.

Düzeneğin tamamı budur ve çerçevede hiçbir şey değiştirmez. İstasyon kimliğin varlığından haberdar değildir; gönderdiği çerçeve sıradan bir çerçevedir. Kimlik anahtarın yapılandırmasında yaşar, çerçevede değil. Bir bacağın kimliği değiştirildiğinde istasyon başka bir yayın alanına taşınmış olur ve bunu fark etmez.

Bunun doğrudan sonucu, yayın alanı sayısının artık kablolamaya bağlı olmamasıdır. Sekiz bacaklı tek bir anahtar dört yayın alanı taşıyabilir; sekiz ayrı anahtar tek bir yayın alanı taşıyabilir. Alanın sınırı fiziksel değil, bildirimseldir.

Etiketli Bağlantı

Tek anahtarda kimlik çerçeveye yazılmaz, çünkü yazılmasına gerek yoktur: çerçevenin hangi kimliğe ait olduğu geldiği bacaktan bilinir. İki anahtar yan yana gelince bu bilgi kaybolur. Aradaki tek kabloyu paylaşan çerçevelerin hangi kimliğe ait olduğu, öbür anahtar için belirsizdir.

Çözüm, kimliği çerçeveye yazmaktır. Etiketli bağlantı (trunk link) üzerinde çerçeve, kaynak adresi ile tür alanı arasına dört baytlık bir etiket alarak geçer.

Alan	Genişlik	Taşıdığı
Etiket protokol imi	16 bit	Çerçevenin etiketli olduğunu gösteren sabit değer
Öncelik	3 bit	Çerçevenin işlem önceliği
Atılabilirlik imi	1 bit	Tıkanıklıkta önce atılabileceği bildirimi
Kimlik	12 bit	Sanal yerel ağın numarası

Kimlik alanı 12 bittir; en küçük ve en büyük değerler ayrıldığı için kullanılabilir kimlik sayısı 4094’tür. Etiket yalnız etiketli bağlantı üzerinde bulunur: çerçeve bir istasyona çıkarken etiketi düşürülür, çünkü istasyon etiketten haberdar değildir.

# ogretilen dokum, calistirilmamistir

etiketsiz cerceve (istasyon <-> anahtar)
  hedef | kaynak | tur | yuk | denetim

etiketli cerceve (anahtar <-> anahtar)
  hedef | kaynak | ETIKET | tur | yuk | denetim
                    ^ 4 bayt: im + oncelik + atilabilirlik + kimlik

bacak yapilandirmasi (anahtar 1)
  bacak 1  etiketsiz, kimlik 1
  bacak 2  etiketsiz, kimlik 1
  bacak 3  etiketsiz, kimlik 2
  bacak 4  etiketsiz, kimlik 2
  bacak 5  ETIKETLI,  tasidigi kimlikler: 1, 2

Etiketli bağlantının hangi kimlikleri taşıyacağı ayrı bir karardır. Bir kimliğin öbür anahtarda hiç üyesi yoksa o kimliği taşımanın karşılığı yoktur; taşınmadığında o kimliğe ait hiçbir çerçeve karşıya geçmez ve karşıdaki anahtar o kimliğin adreslerini hiç görmez. Ölçüm bu kararın bedelini ayrıca sayar.

Kimliğin bacağa atanması tek yöntem değildir. Bacak tabanlı atamada karar kabloya bağlıdır: bacak neyse kimlik odur, oraya hangi istasyon takılırsa takılsın. Adres tabanlı atamada anahtar gelen çerçevenin kaynak adresine bakar ve kimliği bir eşleme tablosundan okur; istasyon taşınsa da kimliği taşınır. İkincisi taşınabilirlik kazandırır, karşılığında anahtarın tuttuğu ikinci bir tabloyu ve o tablonun güncelliğini borç yazar. Ölçüm bacak tabanlı atamayı kullanır, çünkü sayılan şey atamanın yöntemi değil bölütlemenin kendisidir.

Etiketsiz Kimlik ve İki Yanın Anlaşmazlığı

Etiketli bir bağlantıda etiketsiz bir çerçeve göründüğünde ne yapılacağı ayrıca belirlenir. Her etiketli bağlantının bir etiketsiz kimliği vardır: etiketsiz gelen çerçeve o kimliğe sayılır, o kimlikten çıkan çerçeve etiketsiz gönderilir. Alan kimliği taşıdığı için değil, taşımadığı için tanınır.

Bu, kursun eksenine ait bir yapılandırma yüzeyi açar. Etiketsiz kimliğin ne olduğu, bağlantının iki ucunda ayrı ayrı yazılır ve aralarında bir eşitleme yoktur. İki uç aynı numarayı yazmışsa sorun yoktur. Ayrı numaralar yazmışsa, bir uçtan etiketsiz çıkan çerçeve öbür uçta başka bir alana sayılır: çerçeve bir yayın alanından öbürüne, hiçbir cihazın kararı olmadan geçer. Ortada bir arıza belirtisi yoktur — bağlantı ayaktadır, sayaçlar temizdir, çerçeveler düşmez. Görünen tek şey, ayrılmış olması gereken iki alanın bazı çerçeveleri paylaşmasıdır.

Daraltma üç adımdadır. Birincisi, etiketsiz kimlik iki uçta da aynı değere yazılır ve bu değer yapılandırmanın gözden geçirilen bir parçası sayılır. İkincisi, etiketsiz kimlik hiçbir istasyona atanmayan bir numaraya çekilir; o alanda üye yoksa yanlış eşleşmenin taşıyacağı bir trafik de olmaz. Üçüncüsü, etiketli bağlantının taşıdığı kimlik listesi en dar biçimde yazılır: iki yanda da üyesi olan kimlikler taşınır, ötekiler taşınmaz. Ölçümün üçüncü rejimi bu dar yapılandırmanın uç hâlidir.

Ölçümün Varsayımları

• AC15 — İki anahtar vardır, her birine dört istasyon bağlıdır ve aralarında tek bir etiketli bağlantı durur. Kâhin yerleşimi biz kurduğumuz için bilinir.
• AC16 — Kırk çerçeve tek bir üreteçten, tek bir modülüsle çekilir; kaynağın hedefe eşit olduğu çekiliş atılır. Aynı çerçeve dizisi dört bölütlemede de kullanılır.
• AC17 — Dört rejim karşılaştırılır: bölütsüz; iki alan, her ikisi de iki anahtara yayılan; iki alan, her biri tek anahtarda yerel; dört alan, hepsi yayılan.
• AC18 — Teslim sütunu taşırma rejimini sayar: hedef tabloda yokmuş gibi, çerçeve kendi alanındaki bütün istasyonlara verilir. Amaç bölütlemenin taşırma üzerindeki etkisini yalıtmaktır; tablonun kendi kazancı önceki derste ölçüldü.
• AC19 — Etiketli bağlantı, iki yanda da üyesi olan kimliği taşır; üyesi olmayan kimliği taşımaz. Bu, yapılandırmanın en dar biçimidir.
• AC20 — Tablo satırı (kimlik, adres) çiftidir ve bir anahtar yalnız gördüğü kaynağı yazar. Karşı anahtarın kaynağını görmesi, etiketli bağlantının o kimliği taşımasına bağlıdır.
• AC21 — Kaynağı ile hedefi ayrı kimliklerde olan çerçeve kara delik sayılır: anahtar onu kendi alanı içinde taşırır, hedef o alanda olmadığı için hiçbir kopya hedefe ulaşmaz. Kümenin çözünürlüğü kırk çerçevedir, en küçük ölçülebilir fark $1/40 = 0{,}025$.

Ölçüm

"""Bolutlemenin yayin alanina, tablo satirina ve etiketli baglantiya etkisi."""
TOHUM = 20260810
ISTASYONLAR = ["a", "b", "c", "d", "e", "f", "g", "h"]
ANAHTAR = {"a": 1, "b": 1, "c": 1, "d": 1, "e": 2, "f": 2, "g": 2, "h": 2}
BOLUT = {
    "bölütsüz": {a: 1 for a in ISTASYONLAR},
    "iki alan, yayılan": {"a": 1, "b": 1, "c": 2, "d": 2,
                          "e": 1, "f": 1, "g": 2, "h": 2},
    "iki alan, yerel": {"a": 1, "b": 1, "c": 1, "d": 1,
                        "e": 2, "f": 2, "g": 2, "h": 2},
    "dört alan, yayılan": {"a": 1, "b": 2, "c": 3, "d": 4,
                           "e": 1, "f": 2, "g": 3, "h": 4},
}


def uretec(tohum):
    d = tohum % 2147483646 + 1

    def r(n):
        nonlocal d
        d = (d * 48271) % 2147483647
        return d % n
    return r


def cerceveler(sayi=40):
    r, liste = uretec(TOHUM), []
    while len(liste) < sayi:
        x, y = ISTASYONLAR[r(8)], ISTASYONLAR[r(8)]
        if x != y:
            liste.append({"kaynak": x, "hedef": y})
    return liste


def tasinan_kimlikler(kimlik):
    """Etiketli baglanti, iki yanda da uyesi olan kimligi tasir."""
    return {k for k in set(kimlik.values())
            if {ANAHTAR[s] for s in ISTASYONLAR if kimlik[s] == k} == {1, 2}}


def olc(C, kimlik):
    tasinan = tasinan_kimlikler(kimlik)
    satir = {1: set(), 2: set()}
    kader = {"ulasti": 0, "kara delik": 0}
    teslim = gereksiz = etiketli = 0
    for c in C:
        k, x, y = kimlik[c["kaynak"]], c["kaynak"], c["hedef"]
        satir[ANAHTAR[x]].add((k, x))
        if k in tasinan:
            satir[3 - ANAHTAR[x]].add((k, x))
        if kimlik[y] != k:
            kader["kara delik"] += 1
            continue
        cikis = [s for s in ISTASYONLAR if kimlik[s] == k and s != x]
        teslim += len(cikis)
        gereksiz += sum(1 for s in cikis if s != y)
        etiketli += 1 if ANAHTAR[y] != ANAHTAR[x] else 0
        kader["ulasti"] += 1
    return kader, teslim, gereksiz, etiketli, len(satir[1]) + len(satir[2])


C = cerceveler()
print(f"çerçeve {len(C)} | istasyon {len(ISTASYONLAR)} | anahtar 2")
print()
print(f"{'bölütleme':<19s} {'alan':>4s} {'ulaştı':>6s} {'kara delik':>10s} "
      f"{'teslim':>6s} {'gereksiz':>8s} {'etiketli':>8s} {'satır':>5s}")
for ad, kimlik in BOLUT.items():
    k, t, g, e, s = olc(C, kimlik)
    print(f"{ad:<19s} {len(set(kimlik.values())):4d} {k['ulasti']:6d} "
          f"{k['kara delik']:10d} {t:6d} {g:8d} {e:8d} {s:5d}")

çerçeve 40 | istasyon 8 | anahtar 2

bölütleme           alan ulaştı kara delik teslim gereksiz etiketli satır
bölütsüz               1     40          0    280      240       29    16
iki alan, yayılan      2     17         23     51       34       14    16
iki alan, yerel        2     11         29     33       22        0     8
dört alan, yayılan     4      8         32      8        0        8    16

Alan Bölünür, Satır Bölünmez

Taşırma sütunu bölütlemenin vaadini tutuyor. Bölütsüz ağda kırk çerçevenin taşırılması 280 teslim üretiyor; iki alana bölündüğünde 51’e, dört alana bölündüğünde 8’e iniyor. Alan sayısı ikiye katlandığında bedel yaklaşık dörtte birine düşüyor, çünkü hem taşırılan çerçeve sayısı hem de her taşırmanın ulaştığı istasyon sayısı birlikte küçülüyor.

Dört alanlı rejimde gereksiz kopya 0’a iniyor ve bunun nedeni ilginçtir. O rejimde her alanda iki istasyon vardır; bir istasyonun kendi alanına taşırdığı çerçeve, alandaki tek öteki istasyona — yani tam olarak hedefe — gider. Alan iki istasyona indiğinde taşırma ile öğrenilmiş iletme aynı şeydir. Tablo o alanda hiçbir kazanç sağlamaz; bölütleme tablonun işini yapmıştır.

Satır sütunu ise vaadi tutmuyor. Dört rejimin üçünde satır sayısı 16’dır: bölütleme yayın alanını bölmesine rağmen tablo satırını bölmemiştir. Gerekçe doğrudandır — tablo, adresleri kimliğe göre ayırır ama yok etmez. Sekiz adres, dört alana bölünse de sekiz adrestir; her anahtar hâlâ sekizini de görür, çünkü etiketli bağlantı bütün kimlikleri taşır ve bütün kaynak adresleri karşıya geçer.

İki alanlı iki rejimin ayrı sonuç vermesi de aynı ayrımdan gelir. Alan sayısı ikisinde de ikidir, ama ulaşan çerçeve birinde 17, öbüründe 11’dir. Fark bölütlemenin kabalığından değil yerleşiminden doğar: alanlar iki anahtara yayıldığında bir alanın üyeleri dört istasyon olur, alanlar tek anahtarda yerel kaldığında yine dört olur ama bu kez kimin kiminle konuştuğu kabloya bağlanmıştır. Aynı sayıda alan, aynı sayıda üye, ayrı sonuç.

Satırı asıl bölen şey bölütleme değil, etiketli bağlantının ne taşıdığıdır. Üçüncü rejimde her alan tek bir anahtarda yerel kalır; etiketli bağlantının taşıyacağı ortak kimlik yoktur ve her anahtar yalnız kendi dört adresini öğrenir. Satır 16’dan 8’e iner. Bu tek başına bölütlemenin değil, bölütleme ile yerleşimin birlikte verdiği sonuçtur.

Bölütlemenin Ürettiği Kara Delik

Kazancın bedeli kara delik sütununda duruyor ve ödenen şey küçük değil.

Bölütsüz ağda kırk çerçevenin kırkı da ulaşıyor. İki alana bölündüğünde 23, yerel bölütlemede 29, dört alana bölündüğünde 32 çerçeve kara deliğe düşüyor. Kırk çerçevelik kümede son değer 0,800’dür: bölütleme, trafiğin dörtte üçünden fazlasını durdurmuştur.

Bu bir arıza değildir, tanımın kendisidir. Yayın alanını bölmek, o alanların birbirine çerçeve gönderememesi demektir; kazanılan sessizlik ile kaybedilen erişim aynı şeyin iki yüzüdür. Ölçüm bunu bir kader adıyla yazıyor çünkü çerçeve gerçekten ölüyor: anahtar onu kendi alanı içinde taşırıyor, hedef o alanda olmadığı için hiçbir kopya hedefe varmıyor ve kimse bir hata bildirmiyor.

Ayrımın nereye kaydığına dikkat edilmelidir. Önceki derste kara delik bir yanılgıydı — tablo eskimişti, cihaz yanlış bacağa çıkıyordu. Burada kara delik bir karardır: tablo doğrudur, kimlik doğrudur, cihaz tam olarak kendisinden isteneni yapmıştır. Aynı ad, iki ayrı nedenle yazılır ve ikisini ayıran şey tablonun doğru olup olmadığıdır.

Kara deliğin bu ikinci türü, alanın sınırının nereye düştüğünü de belirler. Bir yayın alanı, adres çözümlemenin yürüyebildiği en geniş kümedir: bir istasyon ancak kendi alanındaki bir adresi sorabilir, çünkü sorusu bir yayın çerçevesiyle taşınır ve o çerçeve alanın dışına çıkmaz. Bu yüzden yayın alanının sınırı ile adres bloğunun sınırı aynı yere düşer; Ağ Modelleri kursunda kurulan alt ağ hesabı burada tekrarlanmaz, ama bölütleme her yeni alan için ayrı bir blok gerektirir. Kırk çerçevelik kümede 32 kara delik 0,800’dür ve çözünürlüğün otuz iki katıdır; bu ölçekte iddia kurgunun ayrıntısına değil, bölütlemenin tanımına dayanır.

Etiketli sütunu üçüncü bir okumayı veriyor. Bölütsüz ağda 29 çerçeve iki anahtar arasındaki kabloyu kullanıyor; iki alana bölündüğünde 14’e, yerel bölütlemede 0’a iniyor. Yerel bölütleme kabloyu tümüyle boşaltır — ama boşalttığı kablo aynı zamanda 29 çerçevenin ölme nedenidir. Bir bağlantının kullanılmaması onun gereksiz olduğunu göstermez.

Özet

• Sanal yerel ağ, kimliği bacağa atar; istasyon kimliği görmez ve çerçevesine hiçbir alan eklenmez. Yayın alanının sınırı fiziksel olmaktan çıkıp bildirimsel olur.
• Etiketli bağlantı, kimliği çerçeveye dört baytlık bir alanla yazar; 12 bitlik kimlik alanı 4094 kullanılabilir değer verir ve etiket istasyona çıkarken düşürülür.
• Bölütleme taşırma teslimini 280’den 51’e ve 8’e indirir; alan iki istasyona düştüğünde gereksiz kopya 0 olur ve taşırma ile öğrenilmiş iletme aynı şeye dönüşür.
• Tablo satırı üç rejimde de 16 kalır: bölütleme adresleri ayırır, yok etmez. Satırı 8’e indiren şey bölütleme değil, etiketli bağlantının o kimliği hiç taşımamasıdır.
• Bedel kara deliktir: 0, 23, 29, 32. Bu kara delik bir yanılgı değil bir karardır — tablo doğrudur ve cihaz isteneni yapmıştır.

Sonraki Adım

Bu ölçümde iki anahtar arasında tek bir kablo vardı ve taşırılan her çerçeve o kabloyu bir kez geçip bitiyordu. İki anahtar arasına ikinci bir kablo çekilirse durum değişir: taşırılan çerçeve birinci kablodan gidip ikinciden geri döner, geri döndüğünde yeniden taşırılır ve bu kez birinci kablodan çıkar. Çerçeveyi durduracak bir alan yoktur — bağlantı katmanı çerçevesinde bir atlama sayacı bulunmaz. Sonraki ders yedekli bağların bu sonucunu ve onu önleyen protokolün kararını ölçer: hangi bağ engellenir, ve engel yeniden hesaplanana kadar geçen turda paketin kaderi ne olur.