Ekran Kartları
Ekranda oluşacak görüntü;işlemci ile monitör arasında bir Arabilim olan ekran kartı tarafından toplanır Bilgisayarın oluşturduğu bilgiler, ekran kartı tarafından monitöre video sinyali olarak gönderilir.
Ekran kartları genel olarak 4 bölümden oluşur. Bunlar;
Ekran kartları genel olarak 4 bölümden oluşur. Bunlar;
•Ekran Belleği
•Video Denetleyicisi
•Video RAM
•Karakter Üretici
•Video Denetleyicisi
•Video RAM
•Karakter Üretici
Video Ram de saklanan bilgiler, video denetleyicisi tarafından düzenli aralıklarla okunarak bu bilgiler monitöre gönderilir.
Ekran kartları 18.4 khz-56 khz arasında yatay tarama, 50 hz-70hz arasında düşey tarama frekanslarında çalışmaktadırlar. Bu tarama hızları kullanıldıkları monitörle uyumlu olmak zorundadır
Düşey tarama hızı ekranın ne kadar sıklıkla yenileneceğini yatay tarama hızı ise, piksel satırlarının ne kadar hızlı oluşturulacağını belirler
Ekran Kartı Ne Görev Yapar, Nasıl Kullanılır?
Bilgisayarda ekranlarının (monitör) çalışması için, makinenin içinde bir ekran kartı olmalıdır. ekran kartları, diğer bir adıyla grafik kartları, bilgisayar monitöründeki her türlü yazı, grafik, resim, film gibi şekillerin oluşturulmasında işlemci ile monitör arasında görev yapan adaptörlerdir. Yani ekran kartları bir bilgisayarın CPU’ sunda işlenen verileri monitöre anlaşılır bir şekilde iletme amacıyla kullanılır. Bilgisayarın yaptığı işlerin sonucu, ekranımızda görüntülenir. Bilgisayar tanıtılırken, elde edilen işlemlerin sonuçlarının alındığı ortam veya cihazlara çıkış ünitesi denilir. Bu itibarla, monitörlerde, yani çıkış araçlarında görülen sonuçlar, ekran kartından gelen bilgilerdir.
Ekran Kartının Çeşitleri
Ekran kartları farklı çeşitlerde ve kalitelerde üretildiklerinden, bunlarla ilgili standartlar geliştirilmiştir. Başlangıcı itibariyle bu standartlar aşağıda anlatılmaktadır.
MDA(monochromeDisplayAdapter):
720*350 Piksel çözünürlükte çalışan tek renkli bu ekran kartları grafik gösteremez. Kullanıcı ekranda sadece harfleri, sayıları, özel karakterleri ve ASCII karakter özel grafik simgelerini görebilir. Bilgisayarın ilk yıllarında kullanılan bu kartların çalışma frekansı 14.8Khz/50Hz yatay/düşeydir. Sarı- siyah veya yeşil-beyaz görünümde bir text alana sahiptir. Bu tip kartlar artık kullanılmamaktadır.
CGA (Color Graphics Adapter):
IBM’in ilk renkli grafik kartıdır.Bu kartlar çok düşük bir renk sayısı ve yok denecek kadar az renk derinliğine sahip kartlardır. 16 renk gösterir ve yazı, grafik ve renk olmak üzere üç ayrı modda çalışır. Bu kartların çalışma frekansı 15.7Khz/50Hz yatay/düşeydir Şu anda kullanılmamaktadır.
EGA (Enhanced Graphics Adapter):
CGA’nın geliştirilmiş bir sürümüdür. Fakat CGA kartlarına göre çok gelişmiş
bir yapıdadırlar. 640x350 çözünürlük ve 256 KB belleğe sahiptir. 64 renk gösterir. Şu anda kullanılmamaktadır.
Hercules mono Graphics
Tek renkli olmasına rağmen, renkleri grinin tonlarıyla gösterebilir ve grafikleri de destekler 720x348 piksellik çözünürlüğü ile CGA’ dan daha iyi görüntü gösterir. Şu andaKullanılmamaktadır
VGA (Video Graphics Array)
Yukarıda sayılan ekran kartları artık kullanılmamaktadır. Günümüzün Grafik standardı VGA kartıdır. VGA bütün görüntü modlarıyla uyumludur. VGA kart teknolojisi sayısal sinyalleri analog sinyallere dönüştürme yoluyla yukarıdaki sayılan ekran kartlarından tamamen ayrılır. İlk çıkan VGA kartlar 256 renk gösterirken şu anda64 bit veri yolu üzerinde 8 byte ve daha üzeri VRAM kullanan çok yüksek hızlı ekran kartlarıdır. VGA ekran kartıyla birlikte renkli monitörler kullanılmaya başlandı.
VGA kartının geliştirilmişidir. 800x600 çözünürlükte ve 256 renk gösterir. 4 ****byte’a kadar video belleği vardır.
SUPER VGA
Bu kartların önceleri ISA ve VESA veri yolu olanları imal edilmekteydi. Şimdi PCI VE AGP veri yolu kartlar üretilmektedir.
Grafik İşlemcisi
Güncel kartlar için grafik işlemcisi görüntü hesaplamalarını yapmak için ekran kartının üzerine oturtulmuş bir CPU`dur dersek yanlış olmaz. Son zamanlarda grafik işlemcileri yapı ve karmaşıklık bakımından CPU`ları solladılar ve işlev bakımından da görüntü üzerine yoğunlaşmış bir CPU niteliğine kavuştular. CPU`ya neredeyse hiç yük bindirmeden üç boyutlu işlemcileri tek başlarına tamamlayabiliyorlar artık. Bu yüzden de güncel grafik işlemcileri GPU (Graphics Processing Unit - Grafik İşlemci Birimi) adıyla anılıyorlar.
Görüntü Belleği
Ekran kartının üzerinde bulunur ve görüntü hesaplamalarıyla ilgili veriler burada saklanır. Sisteminizdeki ana bellek gibi çalışır, yalnız burada bu belleğin muhat tabı CPU değil görüntü işlemcisidir. Önceleri ekran kartlarının ayrı bellekleri yoktu fakat görüntü işlemcileri hızlanıp geliştikçe ekran kartları sistemden yavaş yavaş bağımsızlıklarını ilan etmeye başladılar. Bellek miktarı kadar ekran kartının sıkıştırma algoritmalarıyla bu belleği ne kadar verimli kullanabildiği de önemlidir.
Ramdac
Monitörlerdeki analog sinyallerden bahsetmiştik, işte RAMDAC (RAM Dijital-to-Analog Converter) görüntü belleğindeki verileri analog RGB (Red Green Blue, monitörde renklerin bu üç renkten türetildiğini yazmıştık) sinyallerine çevirerek monitör çıkışına verir. Monitörde kullanılan üç ana renk için de birer RAMDAC ünitesi vardır ve bunlar her saniye belirli bir sayıda görüntü belleğini tarayıp oradaki verileri analog sinyallere dönüştürürler. RAMDAC`in bu işlemi ne kadar hızlı yapabildiği ekran tazeleme hızını belirler. Bu hız Hz cinsinden belirtilir ve ekrandaki görüntünün saniyede kaç kere yenilendiğini gösterir. Örneğin monitörünüz 60 Hz`te çalışıyorsa gördüğünüz görüntü saniyede 60 kere yenilenir. Ekran tazeleme hızını mümkün olduğu kadar 85 Hz`in altına çekmemenizi öneririm, daha düşük tazeleme hızları göz sağlığınız için zararlı olabilir. Tabi bu gözünüzün ne kadar hassas olduğuna da bağlı, bazı gözler 75 ve 85 Hz arasındaki farkı hissedemezken bazıları ilk bakışta bunu anlayabilir. RAMDAC`in iç yapısı ve özellikleri hangi çözünürlükte ne kadar rengin gösterilebileceğini de belirler.
LCD ekranlar yapıları gereği dijtal olduklarından RAMDAC`ten değil de direk görüntü belleğinden görüntü bilgisini alıp kullanabilirler. Bunun için DVI (Digital Video Interface) adında özel bir bağlantı kullanırlar.
BIOS
Ekran kartlarının da birer BIOS'ları vardır. Burada ekran kartının çalışma parametreleri, temel sistem fontları kayıtlıdır. Ayrıca bu BIOS sistem açılırken ekran kartına ve onun belleğine de küçük bir test yapar.
Ekran Kartının Çalışma Prensipleri
Ekran kartları bu üç bileşenin teknolojilerine göre performans gösterirler ve bilgisayarın işlemcisine büyük oranda yardımcı olurlar. Çünkü diğer donanımlardan farklı olarak kendi üzerlerinde de işlemler yapan işlemciler vardır. Ancak yapılan işlem yalnızca CPU’ dan gelen görüntünün ekrana gönderilmesini kapsar. Yani CPU’nun yapması gereken işi üzerine alamaz ve bilgisayarın işlemcisi sinyali görmedikçe ekran kartının yapabileceği çok fazla bir şey yoktur. Öyleyse sistem performansına ne gibi katkıları olabilir? Bunu anlamak için ekran kartlarının gelişiminden bahsetmek gerekir.
İlk VGA kartlar oldukça hantal bir teknolojiye sahiptirler. CPU’ dan aldıkları bilgileri doğrudan ekrana gönderirlerdi ve ek olarak herhangi bir görev üstlenmezlerdi. CPU ekrana gönderilecek olan resmin tüm hesaplamalarını yapmak zorundaydı.
ekrana gönderilecek olan her imaj, büyük oranda bir veriydi ve CPU, RAM’ dan aldığı bu büyük veri yığınını ekran kartına gönderiyordu. Windows işletim sistemleri piyasaya çıkınca grafik görüntüler daha da arttı ve bu da CPU’ ların yetersiz kalmalarına neden oldu. Daha fazla grafiksel görüntü ekrana yansıtılıyordu ve bu sebeple, CPU zamanının büyük kısmını ekrana gönderilecek bilgiyi oluşturmak için harcıyordu. 1024x768 piksel ebatlarında ve 16 bit renk derinliğindeki bir görüntü yaklaşık olarak 1.5 MB yer tutuyor. Sürekli değişken bir ekranda aktarılan bilginin yoğunluğu CPU’yu çok yoruyordu. Tabii bütün bu bilgiler ise çok yavaş olan ISA veri yolundan gönderiliyordu. Bunun sonucu olarak hızlandırıcı kartlar geliştirilmeye başlandı.
Veri yolu olarak ise PCI kullanılır oldu. Hızlandırıcılı ekran kartlarının çıkması ile birlikte görüntü işlemlerinde büyük değişiklikler oldu.Artık ekran kartları çizgiler, pencereler ve daha değişik resimler çizebiliyorlardı. CPU ise tüm Bitmap resmi ekran kartına göndermek zorunda kalmıyordu. Yalnızca bir önceki ekran ile bir sonraki ekran arasında ne gibi değişiklikler olduğunu ekran kartına gönderiyordu. ekran kartı ise bu bilgilere dayanarak monitör üzerindeki görüntüyü değiştiriyordu. İşlemler bu şekilde yapılmaya başlanınca, CPU üzerindeki işlemlerin miktarı gittikçe hafifledi.
Günümüzde ekran kartları PCI veya AGP veri yolunu kullanıyorlar ve CPU’dan aldıkları bilgileri çok hızlı bir şekilde ekrana yansıtıyorlar. Bu da CPU’nun rahatlamasına yol açıyor. Ancak burada artık tüm iş ekran kartına kalıyor. Ekran kartının gücü ve hafızası ekrana yansıtılan görüntünün hızını ve kalitesini belirliyor. Dolayısıyla daha önceden saydığımız ekran kartının 3 unsuru grafik kalitesinde büyük önem taşıyor.
Örneğin PCI veri yolundan gelen grafik bilgileri (piksek) ekran tazeleme (refresh) belleğine yazılır. Burada grafik ile text oluşumu olarak ayrılırlar.
Textleri (yazılar) grafik kartındaki karakter jeneratörü işler. Grafik elemanlar ise grafik hızlandırıcı chip’e gönderilir. Grafik hızlandırıcı chip grafiği oluşturan tüm veri noktalarını tek tek hesaplar ve ekran tazeleme belleğine yazdırır.
Bellekteki bilgilerin ekrana yazdırılmasından RAMDAC (Random Access Memory Digital AnalogConventer)sorumludur.
Grafik kartı CRT kontroller yardımıyla ekran tazeleme belleğini adresler ve her bilgiyi tek tek okur. Resmin okunacak nokta sayısı ekran kartının o anki çözünürlüğüne bağlıdır.
Örneğin 800*600 çözünürlük 480.000 noktadan oluşur. ekrandaki bu resmin saniyedeki tazeleme hızı aynı zamanda resmin video bellekten bir saniyedeki okuma adedidir.
Eğer bu hız 70 Hertzin altında ise interlaced olarak adlandırılır. :Bu hız ergonomik değildir ve uzun süre bilgisayar başında çalışıyorsanız yorucu bir etkisi olmaktadır. ekran tazeleme hızı 70Hz’in ne kadar yukarısına çıkarsa o kadar iyidir.
ekran kartına ait bir pikselin renk derinliği 1-24 bit arasındaki bir renk bilgisiyle açıklanır. RAMDAC bu bilgiyi üzerinde taşıdığı renk paletiyle birleştirerek rengi son haline getirir.
Örneğin 256 renk modunda bir piksel 8 bitlik bir veri içerir ve renk paletindeki toplam kayıt (register) değeri 256’dır. Yani renk paleti aktif grafik moduna göre
RAMDAC’ yüklenir ve aktif grafik modu depiştiğnde uygun grafik modu tekrar yüklenir.
RAM: ekran kartları standart olarak 1, 2, 4 MB ve daha yüksek hafızalara sahiptirler. Size ne kadar gerekli? Bu sorunun cevabı aslında sisteminizi hangi amaçla kullandığınıza bağlı olarak değişiyor. Ekran kartınızda bulunan RAM miktarı sayesinde video cip’i daha büyük Bitmap dosyalarını hafızaya atabiliyor. Bu da daha yüksek çözünürlüklerde ve renk modunda çalışabilmenizi sağlıyor.
Çözünürlük
Çözünürlüğün görüntü kalitesini belirleyen en önemli faktör olduğunu söyleyebiliriz. Çözünürlük, ekrandaki görüntünün kaç pikselden oluşacağını belirler ve yatay ve dikey piksel cinsinden belirtilir (800x600,1024x768 gibi). Çözünürlük arttıkça görüntü birbirinden bağımsız olarak kontrol edilebilen daha çok pikselden oluşur ve görüntü kalitesi de yükselir.
Windows 95 ile hayatımıza giren "scaleable screen objects" teknolojisi sayesinde çözünürlük arttıkça ekrandaki kullanılabilir alan da artar. Windows ekranında çözünürlük ne olursa ekrandaki nesneleri oluşturan piksel sayısı değişmez. Çözünürlük arttıkça pikseller de küçüleceği için nesneler daha az yer kaplar ve masaüstündeki kullanılabilir alan çözünürlükle doğru orantılı olarak artar.
Çözünürlük arttıkça yükselen görüntü kalitesinin de bir bedeli var tabi ki: Çözünürlük yükseldikçe kontrol edilmesi gereken piksel sayısı ve dolayısıyla da gerekli işlem gücü, ayrıca bu piksellerin bilgilerini tutmak için gerekli bellek miktarıyla onların transferi için gereken bellek bant genişliği artar. Bu yüzden de performans düşer. Kullanmak istediğiniz çözünürlüğü hem ekran kartınız desteklemeli, hem de monitörünüz fiziksel olarak gerekli sayıda pikseli ekranda oluşturabilmeli.
RAM ve Çözünürlük
Çözünürlük 16 bit’te Bitmap büyüklüğü Gerekli RAM Miktarı
640x480 614,000 byte 1 MB
800x600 960,000 byte 1,5 MB
1024x768 1.572.864 byte 2 MB
1152x864 1.990.656 byte 2,5 MB
1280x1024 2.621.440 byte 3 MB
1600x1200 3.840.000 byte 4 MB
“RAM ve Çözünürlük” isimli yukarıdaki tablo, 16 bit renk modunda çalışırken kaç MB hafızaya ihtiyaç duyduğunuzu görebilirsiniz. 16 bit renk modu en popüler modlardan biridir. Eğer kullandığınız programlar özel olarak 24 veya 32 bit renk modunda çalıştırmayı gerektirmiyorsa, mümkün olduğunca 16 bit’te çalışmaya özen göstermek gerekir.
Eğer büyük bir monitöre sahipseniz muhtemelen yüksek çözünürlükte çalışmanız gerekecektir. Bunun için daha yüksek RAM’ e ihtiyaç duyacaksınız. Ancak işin bir de ilginç bir püf noktası var. RAM’ların hepsi bir hücreden oluşur. Eğer 1024x768 piksel çözünürlükte ve 16 bit renk derinliğinde çalışacaksanız, 2 MB ekran kartı sizin için yeterli olacaktır. Ancak her görüntünün tazelenmesinde RAM boşaltılacak ve tekrar doldurulacaktır. Bunun yerine 4 MB’lık bir ekran kartı kullanacak olursanız, aynı çözünürlükte ekranda bir görüntü varken halen 2 MB’lık RAM boş olacaktır. Diğer görüntü gönderilirken, bu boş olan 2 MB kullanılırken bir sonraki işlem için diğer 2 MB boşaltılacaktır. Bu grafik performansını artıracaktır
Renk Derinliği
Piksellerin kendilerine ait renklerinden bahsetmiştik, piksellerin alabileceği renkler kırmızı, yeşil ve maviden türetilir. İşte renk derinliği bu renklerin miktarını belirler. Renk derinliği ne kadar artarsa her pikselin alabileceği renk sayısı artar, renkler gerçeğe daha yakın olur. Renk derinliği bit cinsinden belirtilir, işlemcilerle ilgili yazımızda bitlere kısaca değinmiştik. Her bit 1 ve 0 olarak iki değer alabilir. 8 bit kullanıldığında bu bitlerden 28 = 256 kombinasyon üretilir. Aynı şekilde 8 bit renk derinliğinde de her piksel için 256 renk kullanılabilir. İnsan gözünü aldatıp ekrandaki görüntüyü gerçek gibi göstermek için kullanılan üç rengin de (kırmızı, yeşil ve mavi) 256`şar tonu gereklidir, bu da renk başına 8 bitten 24 bit yapar. Bu moda True Colour (Gerçek Renk) adı verilir. Fakat çoğu güncel ekran kartı görüntü belleğini kullanma yöntemleri yüzünden pikselleri bu modda göstermek için 32 bite ihtiyaç duyarlar. Kalan 8 bit alpha kanalı (piksellerin saydamlık bilgisini tutar) için kullanılır.
High Colour (16 bit) modunda ise yeşil için altı ve maviyle kırmızı için de beşer bit kullanılır. Yeşil için 64, maviyle kırmızı için de renk başına 32 farklı yoğunluk vardır bu modda. Renk kalitesinde 32 bite göre çok az fark olsa da piksel başına 4 yerine 2 byte (8 bit = 1 byte) hafıza gerekeceğinden 32 bite göre performans avantajı sağlar.
256 renk (8 bit) modu ilk duyuşta size renk fakiri izlenimi verebilir fakat renk paleti denen bir yöntemle bu 8 bit olabilecek en verimli şekilde kullanılarak renk kalitesi biraz arttırılır. Renk paletinin mantığı şöyledir: Kullanılacak 256 renk gerçek renk modundaki 3 bytelık renklerden seçilir ve bu renklerden bir renk paleti oluşturulur. Her program ilgili paletteki 256 renkten istediğini seçip kullanabilir. Böylece örneğin kırmızı için iki, mavi ve yeşil için de üçer bit kullanılarak elde edilen renklerden daha canlı renkler elde edilebilir ve elimizdeki 8 bit en verimli şekilde kullanılmış olur. En çok kullanılan üç renk modunu tanıdık, peki ekran kartımız üretemediği renklere ne yapıyor? Sistemimizin 256 renge ayarlı olduğunu fakat 16 bitlik bir resim dosyası açtığımızı varsayalım. Bu durumda hazırdaki renklerin değişik kombinasyonları kullanılarak üretilemeyen renge yakın bir renk oluşturulur ve bu renk üretilmesi gereken rengin yerine gösterilir. Buna dithering denir. Tabi ki dithering yöntemiyle elde edilmiş bir resmin kalitesi orijinal resme göre göre çok daha düşüktür
Bilgisayarda ekranlarının (monitör) çalışması için, makinenin içinde bir ekran kartı olmalıdır. ekran kartları, diğer bir adıyla grafik kartları, bilgisayar monitöründeki her türlü yazı, grafik, resim, film gibi şekillerin oluşturulmasında işlemci ile monitör arasında görev yapan adaptörlerdir. Yani ekran kartları bir bilgisayarın CPU’ sunda işlenen verileri monitöre anlaşılır bir şekilde iletme amacıyla kullanılır. Bilgisayarın yaptığı işlerin sonucu, ekranımızda görüntülenir. Bilgisayar tanıtılırken, elde edilen işlemlerin sonuçlarının alındığı ortam veya cihazlara çıkış ünitesi denilir. Bu itibarla, monitörlerde, yani çıkış araçlarında görülen sonuçlar, ekran kartından gelen bilgilerdir.
Ekran Kartının Çeşitleri
Ekran kartları farklı çeşitlerde ve kalitelerde üretildiklerinden, bunlarla ilgili standartlar geliştirilmiştir. Başlangıcı itibariyle bu standartlar aşağıda anlatılmaktadır.
MDA(monochromeDisplayAdapter):
720*350 Piksel çözünürlükte çalışan tek renkli bu ekran kartları grafik gösteremez. Kullanıcı ekranda sadece harfleri, sayıları, özel karakterleri ve ASCII karakter özel grafik simgelerini görebilir. Bilgisayarın ilk yıllarında kullanılan bu kartların çalışma frekansı 14.8Khz/50Hz yatay/düşeydir. Sarı- siyah veya yeşil-beyaz görünümde bir text alana sahiptir. Bu tip kartlar artık kullanılmamaktadır.
CGA (Color Graphics Adapter):
IBM’in ilk renkli grafik kartıdır.Bu kartlar çok düşük bir renk sayısı ve yok denecek kadar az renk derinliğine sahip kartlardır. 16 renk gösterir ve yazı, grafik ve renk olmak üzere üç ayrı modda çalışır. Bu kartların çalışma frekansı 15.7Khz/50Hz yatay/düşeydir Şu anda kullanılmamaktadır.
EGA (Enhanced Graphics Adapter):
CGA’nın geliştirilmiş bir sürümüdür. Fakat CGA kartlarına göre çok gelişmiş
bir yapıdadırlar. 640x350 çözünürlük ve 256 KB belleğe sahiptir. 64 renk gösterir. Şu anda kullanılmamaktadır.
Hercules mono Graphics
Tek renkli olmasına rağmen, renkleri grinin tonlarıyla gösterebilir ve grafikleri de destekler 720x348 piksellik çözünürlüğü ile CGA’ dan daha iyi görüntü gösterir. Şu andaKullanılmamaktadır
VGA (Video Graphics Array)
Yukarıda sayılan ekran kartları artık kullanılmamaktadır. Günümüzün Grafik standardı VGA kartıdır. VGA bütün görüntü modlarıyla uyumludur. VGA kart teknolojisi sayısal sinyalleri analog sinyallere dönüştürme yoluyla yukarıdaki sayılan ekran kartlarından tamamen ayrılır. İlk çıkan VGA kartlar 256 renk gösterirken şu anda64 bit veri yolu üzerinde 8 byte ve daha üzeri VRAM kullanan çok yüksek hızlı ekran kartlarıdır. VGA ekran kartıyla birlikte renkli monitörler kullanılmaya başlandı.
VGA kartının geliştirilmişidir. 800x600 çözünürlükte ve 256 renk gösterir. 4 ****byte’a kadar video belleği vardır.
SUPER VGA
Bu kartların önceleri ISA ve VESA veri yolu olanları imal edilmekteydi. Şimdi PCI VE AGP veri yolu kartlar üretilmektedir.
Grafik İşlemcisi
Güncel kartlar için grafik işlemcisi görüntü hesaplamalarını yapmak için ekran kartının üzerine oturtulmuş bir CPU`dur dersek yanlış olmaz. Son zamanlarda grafik işlemcileri yapı ve karmaşıklık bakımından CPU`ları solladılar ve işlev bakımından da görüntü üzerine yoğunlaşmış bir CPU niteliğine kavuştular. CPU`ya neredeyse hiç yük bindirmeden üç boyutlu işlemcileri tek başlarına tamamlayabiliyorlar artık. Bu yüzden de güncel grafik işlemcileri GPU (Graphics Processing Unit - Grafik İşlemci Birimi) adıyla anılıyorlar.
Görüntü Belleği
Ekran kartının üzerinde bulunur ve görüntü hesaplamalarıyla ilgili veriler burada saklanır. Sisteminizdeki ana bellek gibi çalışır, yalnız burada bu belleğin muhat tabı CPU değil görüntü işlemcisidir. Önceleri ekran kartlarının ayrı bellekleri yoktu fakat görüntü işlemcileri hızlanıp geliştikçe ekran kartları sistemden yavaş yavaş bağımsızlıklarını ilan etmeye başladılar. Bellek miktarı kadar ekran kartının sıkıştırma algoritmalarıyla bu belleği ne kadar verimli kullanabildiği de önemlidir.
Ramdac
Monitörlerdeki analog sinyallerden bahsetmiştik, işte RAMDAC (RAM Dijital-to-Analog Converter) görüntü belleğindeki verileri analog RGB (Red Green Blue, monitörde renklerin bu üç renkten türetildiğini yazmıştık) sinyallerine çevirerek monitör çıkışına verir. Monitörde kullanılan üç ana renk için de birer RAMDAC ünitesi vardır ve bunlar her saniye belirli bir sayıda görüntü belleğini tarayıp oradaki verileri analog sinyallere dönüştürürler. RAMDAC`in bu işlemi ne kadar hızlı yapabildiği ekran tazeleme hızını belirler. Bu hız Hz cinsinden belirtilir ve ekrandaki görüntünün saniyede kaç kere yenilendiğini gösterir. Örneğin monitörünüz 60 Hz`te çalışıyorsa gördüğünüz görüntü saniyede 60 kere yenilenir. Ekran tazeleme hızını mümkün olduğu kadar 85 Hz`in altına çekmemenizi öneririm, daha düşük tazeleme hızları göz sağlığınız için zararlı olabilir. Tabi bu gözünüzün ne kadar hassas olduğuna da bağlı, bazı gözler 75 ve 85 Hz arasındaki farkı hissedemezken bazıları ilk bakışta bunu anlayabilir. RAMDAC`in iç yapısı ve özellikleri hangi çözünürlükte ne kadar rengin gösterilebileceğini de belirler.
LCD ekranlar yapıları gereği dijtal olduklarından RAMDAC`ten değil de direk görüntü belleğinden görüntü bilgisini alıp kullanabilirler. Bunun için DVI (Digital Video Interface) adında özel bir bağlantı kullanırlar.
BIOS
Ekran kartlarının da birer BIOS'ları vardır. Burada ekran kartının çalışma parametreleri, temel sistem fontları kayıtlıdır. Ayrıca bu BIOS sistem açılırken ekran kartına ve onun belleğine de küçük bir test yapar.
Ekran Kartının Çalışma Prensipleri
Ekran kartları bu üç bileşenin teknolojilerine göre performans gösterirler ve bilgisayarın işlemcisine büyük oranda yardımcı olurlar. Çünkü diğer donanımlardan farklı olarak kendi üzerlerinde de işlemler yapan işlemciler vardır. Ancak yapılan işlem yalnızca CPU’ dan gelen görüntünün ekrana gönderilmesini kapsar. Yani CPU’nun yapması gereken işi üzerine alamaz ve bilgisayarın işlemcisi sinyali görmedikçe ekran kartının yapabileceği çok fazla bir şey yoktur. Öyleyse sistem performansına ne gibi katkıları olabilir? Bunu anlamak için ekran kartlarının gelişiminden bahsetmek gerekir.
İlk VGA kartlar oldukça hantal bir teknolojiye sahiptirler. CPU’ dan aldıkları bilgileri doğrudan ekrana gönderirlerdi ve ek olarak herhangi bir görev üstlenmezlerdi. CPU ekrana gönderilecek olan resmin tüm hesaplamalarını yapmak zorundaydı.
ekrana gönderilecek olan her imaj, büyük oranda bir veriydi ve CPU, RAM’ dan aldığı bu büyük veri yığınını ekran kartına gönderiyordu. Windows işletim sistemleri piyasaya çıkınca grafik görüntüler daha da arttı ve bu da CPU’ ların yetersiz kalmalarına neden oldu. Daha fazla grafiksel görüntü ekrana yansıtılıyordu ve bu sebeple, CPU zamanının büyük kısmını ekrana gönderilecek bilgiyi oluşturmak için harcıyordu. 1024x768 piksel ebatlarında ve 16 bit renk derinliğindeki bir görüntü yaklaşık olarak 1.5 MB yer tutuyor. Sürekli değişken bir ekranda aktarılan bilginin yoğunluğu CPU’yu çok yoruyordu. Tabii bütün bu bilgiler ise çok yavaş olan ISA veri yolundan gönderiliyordu. Bunun sonucu olarak hızlandırıcı kartlar geliştirilmeye başlandı.
Veri yolu olarak ise PCI kullanılır oldu. Hızlandırıcılı ekran kartlarının çıkması ile birlikte görüntü işlemlerinde büyük değişiklikler oldu.Artık ekran kartları çizgiler, pencereler ve daha değişik resimler çizebiliyorlardı. CPU ise tüm Bitmap resmi ekran kartına göndermek zorunda kalmıyordu. Yalnızca bir önceki ekran ile bir sonraki ekran arasında ne gibi değişiklikler olduğunu ekran kartına gönderiyordu. ekran kartı ise bu bilgilere dayanarak monitör üzerindeki görüntüyü değiştiriyordu. İşlemler bu şekilde yapılmaya başlanınca, CPU üzerindeki işlemlerin miktarı gittikçe hafifledi.
Günümüzde ekran kartları PCI veya AGP veri yolunu kullanıyorlar ve CPU’dan aldıkları bilgileri çok hızlı bir şekilde ekrana yansıtıyorlar. Bu da CPU’nun rahatlamasına yol açıyor. Ancak burada artık tüm iş ekran kartına kalıyor. Ekran kartının gücü ve hafızası ekrana yansıtılan görüntünün hızını ve kalitesini belirliyor. Dolayısıyla daha önceden saydığımız ekran kartının 3 unsuru grafik kalitesinde büyük önem taşıyor.
Örneğin PCI veri yolundan gelen grafik bilgileri (piksek) ekran tazeleme (refresh) belleğine yazılır. Burada grafik ile text oluşumu olarak ayrılırlar.
Textleri (yazılar) grafik kartındaki karakter jeneratörü işler. Grafik elemanlar ise grafik hızlandırıcı chip’e gönderilir. Grafik hızlandırıcı chip grafiği oluşturan tüm veri noktalarını tek tek hesaplar ve ekran tazeleme belleğine yazdırır.
Bellekteki bilgilerin ekrana yazdırılmasından RAMDAC (Random Access Memory Digital AnalogConventer)sorumludur.
Grafik kartı CRT kontroller yardımıyla ekran tazeleme belleğini adresler ve her bilgiyi tek tek okur. Resmin okunacak nokta sayısı ekran kartının o anki çözünürlüğüne bağlıdır.
Örneğin 800*600 çözünürlük 480.000 noktadan oluşur. ekrandaki bu resmin saniyedeki tazeleme hızı aynı zamanda resmin video bellekten bir saniyedeki okuma adedidir.
Eğer bu hız 70 Hertzin altında ise interlaced olarak adlandırılır. :Bu hız ergonomik değildir ve uzun süre bilgisayar başında çalışıyorsanız yorucu bir etkisi olmaktadır. ekran tazeleme hızı 70Hz’in ne kadar yukarısına çıkarsa o kadar iyidir.
ekran kartına ait bir pikselin renk derinliği 1-24 bit arasındaki bir renk bilgisiyle açıklanır. RAMDAC bu bilgiyi üzerinde taşıdığı renk paletiyle birleştirerek rengi son haline getirir.
Örneğin 256 renk modunda bir piksel 8 bitlik bir veri içerir ve renk paletindeki toplam kayıt (register) değeri 256’dır. Yani renk paleti aktif grafik moduna göre
RAMDAC’ yüklenir ve aktif grafik modu depiştiğnde uygun grafik modu tekrar yüklenir.
RAM: ekran kartları standart olarak 1, 2, 4 MB ve daha yüksek hafızalara sahiptirler. Size ne kadar gerekli? Bu sorunun cevabı aslında sisteminizi hangi amaçla kullandığınıza bağlı olarak değişiyor. Ekran kartınızda bulunan RAM miktarı sayesinde video cip’i daha büyük Bitmap dosyalarını hafızaya atabiliyor. Bu da daha yüksek çözünürlüklerde ve renk modunda çalışabilmenizi sağlıyor.
Çözünürlük
Çözünürlüğün görüntü kalitesini belirleyen en önemli faktör olduğunu söyleyebiliriz. Çözünürlük, ekrandaki görüntünün kaç pikselden oluşacağını belirler ve yatay ve dikey piksel cinsinden belirtilir (800x600,1024x768 gibi). Çözünürlük arttıkça görüntü birbirinden bağımsız olarak kontrol edilebilen daha çok pikselden oluşur ve görüntü kalitesi de yükselir.
Windows 95 ile hayatımıza giren "scaleable screen objects" teknolojisi sayesinde çözünürlük arttıkça ekrandaki kullanılabilir alan da artar. Windows ekranında çözünürlük ne olursa ekrandaki nesneleri oluşturan piksel sayısı değişmez. Çözünürlük arttıkça pikseller de küçüleceği için nesneler daha az yer kaplar ve masaüstündeki kullanılabilir alan çözünürlükle doğru orantılı olarak artar.
Çözünürlük arttıkça yükselen görüntü kalitesinin de bir bedeli var tabi ki: Çözünürlük yükseldikçe kontrol edilmesi gereken piksel sayısı ve dolayısıyla da gerekli işlem gücü, ayrıca bu piksellerin bilgilerini tutmak için gerekli bellek miktarıyla onların transferi için gereken bellek bant genişliği artar. Bu yüzden de performans düşer. Kullanmak istediğiniz çözünürlüğü hem ekran kartınız desteklemeli, hem de monitörünüz fiziksel olarak gerekli sayıda pikseli ekranda oluşturabilmeli.
RAM ve Çözünürlük
Çözünürlük 16 bit’te Bitmap büyüklüğü Gerekli RAM Miktarı
640x480 614,000 byte 1 MB
800x600 960,000 byte 1,5 MB
1024x768 1.572.864 byte 2 MB
1152x864 1.990.656 byte 2,5 MB
1280x1024 2.621.440 byte 3 MB
1600x1200 3.840.000 byte 4 MB
“RAM ve Çözünürlük” isimli yukarıdaki tablo, 16 bit renk modunda çalışırken kaç MB hafızaya ihtiyaç duyduğunuzu görebilirsiniz. 16 bit renk modu en popüler modlardan biridir. Eğer kullandığınız programlar özel olarak 24 veya 32 bit renk modunda çalıştırmayı gerektirmiyorsa, mümkün olduğunca 16 bit’te çalışmaya özen göstermek gerekir.
Eğer büyük bir monitöre sahipseniz muhtemelen yüksek çözünürlükte çalışmanız gerekecektir. Bunun için daha yüksek RAM’ e ihtiyaç duyacaksınız. Ancak işin bir de ilginç bir püf noktası var. RAM’ların hepsi bir hücreden oluşur. Eğer 1024x768 piksel çözünürlükte ve 16 bit renk derinliğinde çalışacaksanız, 2 MB ekran kartı sizin için yeterli olacaktır. Ancak her görüntünün tazelenmesinde RAM boşaltılacak ve tekrar doldurulacaktır. Bunun yerine 4 MB’lık bir ekran kartı kullanacak olursanız, aynı çözünürlükte ekranda bir görüntü varken halen 2 MB’lık RAM boş olacaktır. Diğer görüntü gönderilirken, bu boş olan 2 MB kullanılırken bir sonraki işlem için diğer 2 MB boşaltılacaktır. Bu grafik performansını artıracaktır
Renk Derinliği
Piksellerin kendilerine ait renklerinden bahsetmiştik, piksellerin alabileceği renkler kırmızı, yeşil ve maviden türetilir. İşte renk derinliği bu renklerin miktarını belirler. Renk derinliği ne kadar artarsa her pikselin alabileceği renk sayısı artar, renkler gerçeğe daha yakın olur. Renk derinliği bit cinsinden belirtilir, işlemcilerle ilgili yazımızda bitlere kısaca değinmiştik. Her bit 1 ve 0 olarak iki değer alabilir. 8 bit kullanıldığında bu bitlerden 28 = 256 kombinasyon üretilir. Aynı şekilde 8 bit renk derinliğinde de her piksel için 256 renk kullanılabilir. İnsan gözünü aldatıp ekrandaki görüntüyü gerçek gibi göstermek için kullanılan üç rengin de (kırmızı, yeşil ve mavi) 256`şar tonu gereklidir, bu da renk başına 8 bitten 24 bit yapar. Bu moda True Colour (Gerçek Renk) adı verilir. Fakat çoğu güncel ekran kartı görüntü belleğini kullanma yöntemleri yüzünden pikselleri bu modda göstermek için 32 bite ihtiyaç duyarlar. Kalan 8 bit alpha kanalı (piksellerin saydamlık bilgisini tutar) için kullanılır.
High Colour (16 bit) modunda ise yeşil için altı ve maviyle kırmızı için de beşer bit kullanılır. Yeşil için 64, maviyle kırmızı için de renk başına 32 farklı yoğunluk vardır bu modda. Renk kalitesinde 32 bite göre çok az fark olsa da piksel başına 4 yerine 2 byte (8 bit = 1 byte) hafıza gerekeceğinden 32 bite göre performans avantajı sağlar.
256 renk (8 bit) modu ilk duyuşta size renk fakiri izlenimi verebilir fakat renk paleti denen bir yöntemle bu 8 bit olabilecek en verimli şekilde kullanılarak renk kalitesi biraz arttırılır. Renk paletinin mantığı şöyledir: Kullanılacak 256 renk gerçek renk modundaki 3 bytelık renklerden seçilir ve bu renklerden bir renk paleti oluşturulur. Her program ilgili paletteki 256 renkten istediğini seçip kullanabilir. Böylece örneğin kırmızı için iki, mavi ve yeşil için de üçer bit kullanılarak elde edilen renklerden daha canlı renkler elde edilebilir ve elimizdeki 8 bit en verimli şekilde kullanılmış olur. En çok kullanılan üç renk modunu tanıdık, peki ekran kartımız üretemediği renklere ne yapıyor? Sistemimizin 256 renge ayarlı olduğunu fakat 16 bitlik bir resim dosyası açtığımızı varsayalım. Bu durumda hazırdaki renklerin değişik kombinasyonları kullanılarak üretilemeyen renge yakın bir renk oluşturulur ve bu renk üretilmesi gereken rengin yerine gösterilir. Buna dithering denir. Tabi ki dithering yöntemiyle elde edilmiş bir resmin kalitesi orijinal resme göre göre çok daha düşüktür
Ekran Kartı Çeşitleri
Veriyolu Standardına Göre
- ISA
- PCI
- AGP
- PCI Express
Fizik Yapısına Göre
- Anakart üzerinde entegre olan (onboard) ekran kartı
- Anakartın genişleme yuvasına takılı olan ekran kartı
Veriyolu Standardına Göre
- ISA
- PCI
- AGP
- PCI Express
Fizik Yapısına Göre
- Anakart üzerinde entegre olan (onboard) ekran kartı
- Anakartın genişleme yuvasına takılı olan ekran kartı
Ekran Kartı Montajı
Ekran kartlı montajı öncesi kartın takılacağı bölüm hakkında biraz bilgi verelim.
Anakart üzerindeki aşağıdaki resimde bulunan modüllere PCI yucalar denir. PCI yuvalar her anakart üzerinde farklı sayılarda bulunabilir. Bizim anakartımızı baz alırsak sarı renkte bulunan yuva PCI Express yuvasıdır. Ekran kartları bu yuvaya takılır.
Hemen altında bulunan daha küçük yuvaya ise PCI Express X1 denir. Bu yuva aracılığı ile bilgisayara bağlanan çeşitli kartlar bulunur. Bu kartlara örnek olarak wireless kart tv kartı vs verebiliriz.
Diğer ve son yuvamız ise PCI yuvadur. Şuan piyasada bulunan çoğu kart pci dan bağlanır. (PCI dan bağlanan ekran kartları da bulunabilir)
Biz PCI Express uyumlu ekran kartınız olduğunu var sayıyoruz ki piyasadaki ekran kartlarının neredeyse %99 u PCI express den bağlanır.
Dâhilî olarak PCI- veya PCI-Express kart yuvalarına takılan kart türleri olduğu gibi, haricî olarak USB bağlantı noktasına bağlanan, pcmcia yuvalarına takılan ve profosyonel alanlarda kullanılmak üzere Güvenlik duvarı girişinede bağlanabilen versiyonları mevcuttur. Eski ses kartları ISA yuvalarına takılabilirler. Ayrıca anakart üzerinde bütünleşik sunulan ses yongaları da mevcuttur.
Ses kartının görevleri
- Ses sinyallerini kaydetmek
- Ses sinyallerini sentezlemek
- Ses sinyallerini karıştırmak ve degiştirmek
- Ses sinyallerini yürütmek (çalmak)
Tarihi
Ses kartları bilgisayar alanında 1989/90'lı yıllarda popülerliğe kavuşmuştur, AdLib ve Soundblaster kartları, konuşmacı adı verilen, sistem içindeki hoparlörün yerine ses işlevlerini üstlenen kartlardır. Daha sonra piyasaya sürülen Roland LAPC-I ile birlikte, bilgisayar büroların dışında oyun amaçlı da kullanılmaya başlanmıştır.
Donanım tabanı
Temelde bir ses kartının görevi A/D cevirici yonga vasıtası ile analog ses sinyali ses kartı girişinden dijitale çevrilir ve dijital ses sinyalleri de ses kartı çıkışında analog ses sinyallerine çevrilir.
İlave özellikler
Bilgisayarın arka çıkışının sınırlı olması, ve takılacak cihazlar için bilgisayarın arkasına ulaşmanın zor olması sebepleriyle bazı ses kartlarına ön paneller ilave edilebilir. Bazen de ilave slot kapağı biçiminde giriş çıkış panelleri kullanılır, bu kapaklar ses kartına özel bir kablo ile bağlanırlar. Yine daha fazla giriş sunmak için, bazı ses kartı üreticileri özel girişler, ve bu girişe takılan, daha çok ses giriş-çıkışına sahip kablolar verirler.
Renk Kodları
Ses kartındaki bağlantılar renkler biçiminde bilgisayar sistem dizayn rehberi olarak kodlanmıştır. Bu bağlantılar her jack pozisyonu ile bağlantılı, oklar , çemberler ve ses dalgaları şeklinde sembollere de sahiptir. Bu sembollerin anlamları aşağıda verilmiştir:
| Rengi | Fonksiyonu | Bağlantısı | Sembolü | |
|---|---|---|---|---|
| Pembe | mikrofon audio girişi. | 3.5 mm TRS | Mikrofon | |
| Açık mavi | Line level audio girişi. | 3.5 mm TRS | Çembere girmiş ok sembolü | |
| Lime yeşili | Line level audio çıkışı ana stereo sinyali için (ön hoparlörler veya kulaklıklar). | 3.5 mm TRS | Çemberin bir tarafından çıkıp dalgaya giren ok sembolü | |
| Kahverengi/Koyu | Line level audio çıkışı özel sağdan sola hoparlörler için. | 3.5 mm TRS | ||
| Siyah | Line level audio çıkışı gelişmiş çevresel hoparlörler için. | 3.5 mm TRS | ||
| Turuncu | Line level audio çıkışı merkezi kanallı hoparlörler ve wooferlar için | 3.5 mm TRS | ||
| Altın rengi / Gri | Oyun portu / müzikal enstrüman dijital arabirimi | 15 pin D | Çemberin her iki tarafından çıkıp dalgaya giren ok sembolü | |
Bütünleşik ses kartları
Ses kartları anakarta bütünleşik de olabilirler. Bu tür çözümler daha uygun maliyetli olurlar.
En önemli ses kartı ve ses yongası üreticileri
- Audiotrak
- Creative Labs
- Club 3D
- C-Media
- E-MU Systems
- Guillemot
- M-Audio
- Philips
- Realtek
- VIA Technologies
- Yamaha
- TerraTec
- Edirol
- Nvidia
En önemli profesyonel Ses kartı üreticileri
- Digidesign
- MOTU (Mark Of The Unicorn)
- RME
Ethernet
Tarihçe
Ethernet ilk olarak 1973-1975 yılları arasında Xerox PARC tarafından geliştirildi.[2] 1975 yılında Xerox Robert Metcalfe, David Boggs, Chuck Thacker ve Butler Lampson adına bir patent başvurusunda bulundu (U.S. Patent 4.063.220: Multipoint data communication system (with collision detection)). 1976'da, sistemin PARC'da kullanıma girmesinin ardından Metcalfe ve Boggs taslak bir metin yayımladılar.[3]
Bu metinde tanımlanan deneysel Ethernet 3 Mbit/s hızındaydı ve 8-bit kaynak ve hedef adresi alanlarını içermekteydi, yani ilk Ethernet adresleri bugün kullanılanMAC adresleri değildi. Yazılım konvansiyonuna göre kaynak ve hedef adresi alanlarından sonra gelen 16 bit paket tipi alanıydı, ancak, metinde söylendiği gibi "farklı protokoller ayrık paket tipi kümeleri kullanabilmekteydi", dolayısıyla bunlar Ethernet'in bugünkü halindeki, kullanılmakta olan protokolü tanımlayan paket tiplerinden ziyade belirlenen protokolün içerdiği paket tipleriydi.
Metcalfe 1979 yılında Xerox'tan ayrılarak kişisel bilgisayarların ve Yerel ağların kullanımını yaygınlaştırmak amacıyla 3Com'un kurucu ortağı oldu. DEC, Intel veXerox 'u Ethernet'i "Digital/Intel/Xerox" 'tan gelen "DIX" standartı olarak teşvik etmek için birlikte çalışmaya ikna etti. Bu standartta 48-bit kaynak ve hedef adresi alanları ile evrensel bir 16-bit paket tipi alanı olan 10 Mbit/s hızında bir Ethernet tanımlanmıştır. Standartın ilk taslağı 30 Eylül 1980'de IEEE tarafından yayınlandı. Standart Token Ring ve Token Bus adlı mevcut iki tescilli standarta rakip olmuştur. Ethernet CSMA/CD standardının finalizasyonunda IEEE içindeki zor karar süreci ve IBM tarafından desteklenen rakip Token Ring taslağından kaynaklanan gecikmelerin üstesinden gelmede CSMA/CD standardının ECMA, IEC ve ISO gibi diğer standarlaştırma kuruluşları içinde desteklenmesi önemli bir faktördü. Tescilli sistemler kısa süre içinde Ethernet ürünlerinin istilası ile büyük ölçüde pazar kaybettiler. 3COM bu süreci destekleyen başlıca firma olmuştur. 1981'de 3COM ilk 10 Mbit/s Ethernet adaptörünü üretti. Bunu kısa süre sonra Digital Equipment'in Unibus Ethernet adaptörü izledi.
Bükülü Tel Çifti Ethernet sistemleri geliştirilmesine 1980'li yılların ortalarında StarLAN adıyla başlanmış ancak sonrasında geniş ölçüde 10BASE-T olarak adlandırılmıştır. İlk Ethernet sistemleri zırhsız 'Bükülü Tel Çifti' ile birleştirilen dağıtım soketleri ile sunulduğu için eşeksenli kablo'nun yerini almış, daha sonrasında CSMA/CD yapısı yerine daha yüksek performans sağlayan anahtarlamalı full duplex yapısı kullanılmıştır.
Standartlaştırma
Teknik kabiliyetlerine rağmen Ethernet'in başarısı hızlı standartlaştırılmasına bağlıydı. Bunun için Uluslararası Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü (İngilizce: Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)), Avrupa Bilgisayar Üreticileri Birliği(İngilizce: European Computer Manufacturers Association (ECMA)), Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (İngilizce: International Electrotechnical Commission (IEC)) ve Uluslararası Standartlaştırma Kurumu (İngilizce: International Organization for Standardization (ISO)) içinde koordineli çalışmalar yürütülmesi gerekliydi.
Şubat 1980'de IEEE Yerel Ağların (LAN) standartlaştırılması için IEEE 802 adında bir proje başlattı.
DEC'ten Gary Robinson, Intel'den Phil Arst ve Xerox'tan Bob Printis "Blue Book" olarak bilinen LAN spesifikasyonu olmaya aday ilk CSMA/CD spesifikasyonunu yayınladı. IEEE üyeliği öğrenciler de dahil tüm profesyonellere açık olduğundan bu yeni teknoloji üzerine sayısız yorum geldi.
CSMA/CD'nin yanı sıra IBM tarafından desteklenen Token Ring ve General Motors tarafından seçilmiş daha sonrasında desteklenmiş olan Token Bus'da LAN standartı olmaya aday teknolojilerdi. IEEE'nin tek bir standart ile yola devam etmek istemesi ve her üç tasarımın arkasında kuvvetli firmaların bulunması LAN standartı üzerinde gerekli uzlaşmanın sağlanmasını büyük ölçüde geciktirdi.
Ethernet kampında, bu Xerox Star işlemcisi ve 3COM'un Ethernet LAN ürünlerinin pazara sürülmesinde risk oluşturmaktaydı. Kafalarında bu iş kaygıları ile David Liddle(GM Xerox Office Systems) ve Bob Metcalfe (3Com) Siemens Private Networks 'ten Fritz Röscheisen'in gelişen ofis iletişim pazarında işbirliği önerisini kuvvetle desteklediler, böylece Ethernet'in uluslararası standart haline gelmesi için Siemens 'in desteğini arkalarına aldılar (10 Nisan, 1981). IEEE 802'deki Siemens temsilcisi Ingrid Fromm Avrupa standardizasyon kuruluşu ECMA içinde ECMA TC24 (Yerel Ağlar) adında bir iş grubu kurarak Ethernet'e IEEE dışında geniş bir destek sağladı. Mart 1982 gibi kısa bir sürede ECMA TC24 üye şirketleri IEEE 802 taslağına dayanan bir CSMA/CD standartı üzerinde kendi aralarında uzlaşmaya vardılar. ECMA'nın hızlı hareket etmesi IEEE içindeki farklı görüşlerin birleşmesini ve 1982 yılı sonuna doğru IEEE 802.3 CSMA/CD 'nin onaylanmasını sağladı.
Ethernet'in uluslararası standart olarak kabulü de Fromm'un IEC TC83 ve ISO TC97SC6 arasındaki diplomatik çalışmaları sayesinde gerçekleşti ve ISO/IEEE 802/3 Uluslararası Standartı 1984 yılında onaylandı.
Genel tanım
Ethernet ilk olarak ortak bir eşeksenli kablo üzerinden birbirine bağlanan bilgisayarların yayın iletimi yöntemiyle haberleşmesi fikrine dayalıydı. Kullanılan yöntemler kısmen radyo sistemlerine benzemekteydi, ancak, kablolu bir yayın iletimi sistemindeki çakışmaları saptamanın radyo yayınına kıyasla çok daha kolay olması gibi temel farklılıklar da mevcuttu. "Ethernet" adı iletişim kanalını oluşturan ortak kablonun ether 'e benzetilmesinden gelmekteydi.
Ethernet bu öncel ve göreceli olarak basit kavramdan, günümüzdeki pek çok LAN altyapısını oluşturan karmaşık ağ teknolojisi yapısına evrimleşmiştir. Eşmerkezli kablolamanın yerini düşük kurulum masrafı, yüksek güvenilirlik, noktadan-noktaya ağ yönetimi ve arıza bulma kolaylıkları gibi avantajlar sebebiyle Ethernet hub 'lar ile birleştirilmiş noktadan-noktaya bağlantılar ve/veya ağ anahtarları almıştır.
StarLAN Ethernet'in eşmerkezli kablolama yapısından hub ile yönlendirilen bükülü tel çifti ağ yapısına evrimleşmesindeki ilk adımdır. Bükülü tel çifti kablolamanın gelişi kurulum masraflarını eski Ethernet teknolojileri de dahil olmak üzere benzer teknolojilere kıyasla dramatik olarak düşürmüştür.
Ethernet istasyonları birbirlerine donanım katmanı üzerinden veri bloklarından oluşan ve ayrı ayrı gönderilip alınan veri paketleri göndererek haberleşir. Diğer IEEE 802 LAN'larda olduğu gibi her Ethernet istasyonunun paket gönderme ve alma adreslerini belirleyen 48-bitlik kendine özgü MAC adresleri vardır. Ağ bağdaştırıcı kartları (İngilizce: Network Interface Card (NIC)) ya da çipleri normalde diğer Ethernet istasyonlarına gönderilen paketleri kabul etmezler. Bağdaştırıcılar genellikle kendine özgü tek bir global adrese sahip olarak gelir ancak kart değiştirildiğinde adres çakışması olmaması ya da yerel yönetim ağları içinde kullanıldıklarında bu adres değiştirilebilir.
10 Mbit/s hızındaki eşmerkezli kablodan 1 Gbit/s hızındaki noktadan-noktaya bağlantıya kadar tüm Ethernet türevleri aynı veri çerçevesi formatını (dolayısıyla üst katmanlarda aynı arayüzü) kullandıklarından kolaylıkla birbirlerine bağlanabilirler.
Ethernetin çok yaygın olması, donanım maliyetinin giderek düşmesi ve bükülü tel çifti Ethernet arayüzünün fazla yer kaplamaması nedeniyle pek çok üretici PC anakartlarına Ethernet arayüzü koymakta, böylelikle ayrı bir ağ bağdaştırıcı kartına gerek kalmamaktadır.
Birden fazla istemciyi destekleme
CSMA/CD paylaşımlı ortam Ethernet
Ethernet başlarda paylaşım ortamı olarak eşeksenli kablo (İngilizce: coaxial cable) kullanmıştır. Bağlı bilgisayarların iletişim kanalını kullanma kuralları "Çakışma Saptamalı Çoklu Taşıyıcı Erişimi"(İngilizce: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection(CSMA/CD)) olarak adlandırılan yöntemle belirlenmiştir. Bu yöntem rakip Token Ring ya da Token Bus teknolojilerine göre daha basitti. Herhangi bir bilgisayar veri göndermek istediğinde aşağıdaki algoritmayı kullanmaktaydı:
Temel prosedür
- Veri çerçevesi gönderilmeye hazır.
- İletim ortamı boşta mı? Değilse boşaldıktan sonra iki çerçeve arası bekleme süresince bekle (10 Mbit/s Ethernet için 9.6 µs)
- Göndermeye başla.
- Çakışma var mı? Eğer varsa çakışma saptama prosedürü'ne git.
- Yeniden gönderme sayaçlarını sıfırla ve iletimi sonlandır.
Çakışma saptama prosedürü
- Tüm alıcıların çakışmayı saptaması için maximum paket zamanı boyunca iletimi sürdür (karıştırma sinyali).
- Yeniden gönderme sayacını arttır.
- Maksimum gönderme denemesi sayısına ulaşıldı mı? Eğer ulaşıldıysa göndermeyi yarıda kes.
- Çakışma sayısı ile orantılı geri çekilme süresini hesapla ve bekle.
- Temel prosedürün 1 no'lu adımına geri dön.
Bu yöntem bir yemek masasındaki tüm konukların müşterek bir ortamı kullanarak (hava) birbirleriyle konuşmasına benzetilebilir. Konuşmaya başlamadan önce her konuk kibarca o anda konuşmakta olan konuğun sözünün bitmesini bekler. Eğer iki kişi aynı anda konuşmaya başlarlarsa her ikisi de durur ve rastgele bir süre beklerler (Ethernet'te bu süre mikrosaniye mertebesindedir). Her ikisinin de rastgele bir süre beklemelerinden amaçlanan aynı anda tekrar konuşmaya başlamayıp tekrar çakışmamalarıdır.Birden fazla başarısız gönderme girişimi olması durumunda "Kırpılmış ikilik üstel geri çekilme" algoritması ile hesaplanan ve katlanarak artan geri çekilme süreleri kullanılır.
"Bağlantı Ünitesi Arayüzü" (İngilizce: Attachment Unit Interface (AUI)) alıcı-vericisi bilgisayarların sırayla kabloya erişimini sağlamaktaydı (daha sonraları thin Ethernet 'in çıkmasıyla alıcı-vericiler ağ bağdaştırıcının içine entegre edildi. Pasif kablolama küçük Ethernet ağları için yüksek seviyede güvenilir olmakla birlikte tek bir noktadaki kablo hasarı ya da arızalı bir konnektör bütün bir Ethernet alanını kullanılamaz hale getirebileceği için büyük ve genişletilmiş ağlarda pek de günenilir değildi. Çok noktalı ağlarda ise bazı nodların düzgün çalışmasına rağmen diğerlerinin elektriksel bir hata yüzünden düzgün çalışmamasından kaynaklanan çözülmesi oldukça zor arıza karakteristikleri olabilmekteydi.
Bütün iletişim tek bir kablo üzerinden gerçekleştiği için bir bilgisayar tarafından gönderilen bilgi belirli bir noktaya hedeflenmiş olsa dahi ağa bağlı tüm bilgisayarlarca alınmaktadır. Ağ bağdaştırıcı kartı yalnızca kendisine gönderilen paketleri yakaladığında bağlı olduğu CPU 'ya kesme gönderir, gelen her pakette CPU 'ya kesme göndermek için özel bir moda geçirilmediği sürece kendisine gönderilmeyen paketleri dikkate almaz. "Biri konuşur, herkes dinler" şeklindeki bu özellik paylaşımlı ortam kullanan Ethernet için bir güvenlik zaafı oluşturur. Zira Ethernet ağındaki herhangi bir nod isterse tüm ağ trafiğine kulak misafiri olabilmektedir. Ayrıca tek bir ortak kablo kullanımı da bant genişiliğinin paylaşıldığı anlamına geldiğinden, örneğin enerji kesilip geri gelmesi gibi durumlarda tüm Ethernet nodları yeniden başlayacağından ağ trafiğinin son derece yavaşlamasına neden olabilmektedir.
Tekrarlayıcı ve hub'lar
İşaretin bozulması ve zamanlama sınırlamaları yüzünden eşmerkezli kablolama kullanan Ethernet alanları için, kullanılan ortama bağımlı olarak boyut sınırlamaları vardır. Örneğin, 10BASE5 eşmerkezli kabloların uzunluğu 500 metreyi (1,640 ft) geçemez. Ayrıca pek çok yüksek hızlı veriyolu'nda olduğu gibi Ethernet alanları da empedans uyumluluğu için her iki uçta birer direnç ile sonlandırılmalıdır. Eşmerkezli kablo kullanan Ethernet için kablonun her iki ucuna 50 Ohm(Ω) 'luk bir sonlandırma direnci konulur. Bu sonlandırma direnci tipik olarak BNC ya da N tipi erkek bir konnektörün içine yerleştirilir ve veriyolu üzerindeki son cihaza, eğer vampir tapası kullanılıyorsa son cihazdan sonraki kablonun ucuna iliştirilir. Eğer sonlandırma yapılmazsa ya da kabloda bir kırık olursa veriyolu üzerindeki alternatif akım işareti ağın sonuna ulaştığında sönümlenmek yerine yansır. Bu yansıyan işaretin bir çakışmadan ayırt edilmesi imkânsız olduğundan veriyolu üzerinde hiçbir iletişim gerçekleştirilemez.
Ethernet tekrarlayıcı kullanarak daha uzun kablolama yapmak mümkündür. Tekrarlayıcılar bir Ethernet kablosundan aldığı zayıflamış işareti yükselterek diğer kabloya gönderirler. Eğer bir çakışma saptanırsa tekrarlayıcı çakışmanın diğer cihazlar tarafından da saptanmasını garantilemek için ağ üzerindeki tüm veri giriş/çıkış noktalarına bir karıştırma işareti yollar. İki sunucu arasında üçüne bağlı cihazlar olabilen en fazla beş adet Ethernet bölümü olabilecek şekilde tekrarlayıcılar kullanılarak bağlantı yapılabilir. Tekrarlayıcılar sürekli çakışmaları algılayarak doğru sonlandırılmamış bağlantıları ağın diğer bölümlerinden ayırabilirler. Dolayısıyla kablo kırıklarından kaynaklanan problemleri hafifletirler: Herhangi bir eşmerkezli Ethernet kablosu kırıldığında, bu bölümdeki cihazlar çalışmaya devam edemeyecek, ancak tekrarlayıcılar sayesinde diğer ağ bölümleri çalışmaya devam edebilecektir. Ancak arızalı bölümün ağ yapılandırmasındaki konumu yüzünden diğer ağ bölümleri önemli sunuculara erişemeyeceğinden bu kullanım çok da etkin olmayabilir.
Kullanıcılar yıldız ağ topolojisinde kablolamanın, öncelikli olarak sadece yıldız bağlantı noktasındaki hataların kötü bir ağ bölümlemesi ortaya çıkarması gibi avantajlarını keşfettiler ve üreticiler de yıldız noktasında daha az tekrarlayıcı gereksinimi oluşturacak çok portlu tekrarlayıcılar üretmeye başladılar. Çok portlu Ethernet tekrarlayıcılar "Ethernet Hub" olarak adlandırılmaya başlandı. en:Digital Equipment Corporation DEC ve SynOptics gibi ağ sistemleri üreticileri pek çok 10BASE2 eşmerkezli alanı birbirine bağlayan hub'lar ürettiler. Ayrıca çok portlu alıcı-göndericiler ya da "fan-out" 'lar da bulunmaktaydı. Bunlar birbirlerine ve/veya eşmerkezli omurgaya bağlanabilmekteydi. DEC'in DELNI 'si bilinen erken dönem cihazlardan biridir. Bu cihazlar AUI bağlantılı birden fazla sunucunun aynı alıcı-göndericiyi paylaşmasına imkân veriyordu. Aynı zamanda eşmerkezli kablo kullanmaksızın küçük çaplı ayrık Ethernet bölümleri oluşturulmasına da olanak sağlamaktaydılar.
StarLAN ile başlayıp 10BASE-T ile devam eden Zırhsız bükülü tel çifti kablo üzeri Ethernet (İngilizce: Ethernet on unshielded twisted-pair cables (UTP)) yalnızca noktadan-noktaya bağlantılar için tasarlanmış olup tüm sonlandırma cihazların içine yerleştirilmişti. Bu durum hub'ları büyük ağları birbirine bağlayan özelleşmiş bir cihaz olmaktan çıkarıp ikiden fazla ağ aygıtından oluşan her bükülü tel çifti ağının kullanmak zorunda olduğu bir cihaz haline getirdi. Bu durumdan kaynaklanan ağaç yapısı bir uç noktada ya da kablosundaki arızanın ağ üzerindeki diğer aygıtları etkilemesini engelleyerek Ethernet ağlarını daha güvenilir kılmıştır. Yine de bir hub ya da hublar arası bir nakil hattı arızası pek çok kullanıcıyı etkileyebilmektedir. Ayrıca bükülü tel sistemlerin noktadan-noktaya olması ve sonlandırma donanımının cihaz içinde bulunması bir port için gerekli boş panel alanını ciddi oranda küçülterek pek çok porta sahip hub'ların tasarımına ve Ethernet'in bilgisayar anakartlarına entegre edilmesine olanak sağlamaktadır.
Fiziksel yıdız topolojisine rağmen hub'lı Ethernet ağları halen minimal hub aktivitesi ve paket çakışmaları için çakışma güçlendirme sinyali ile yarı-duplex ve CSMA/CD kullanmaktadırlar. Her paket hub üzerindeki her bir port'a gönderilir, dolayısıyla bant genişliği ve güvenlik problemleri ile ilgilenilmez. Hub'ın toplam çıktısı tek bir bağlantınınki ile sınırlıdır ve tüm bağlantılar aynı hızda çalışmak zorundadır.
Çakışmalar doğaları gereği çıktıyı düşürürüler. Pek çok sunucunun çok sayıda kısa veri çerçevesi göndermeye çalıştığı en kötü koşulda çakışmalar çıktıyı dramatik olarak düşürebilir. Ancak 1980 yılında Xerox tarafından yayınlanan bir rapor 20 hızlı uç noktanın aynı Ethernet bölümünde farklı boyuttaki paketleri mümkün olduğunca hızlı göndermeye çalıştığı bir senaryonun sonuçlarını özetlemektedir.[4]. Sonuçlar 64 Bayt'lık en küçük Ethernet çerçevelerinde dahi ağdaki çıktı standardının %90 olduğunu ortaya koymaktadır. Bu oran ağa eklenen her yeni ağ aygıtının andaç beklemelerinden dolayı ciddi çıktı azalmasından muzdarip olan token ring, token bus gibi andaç geçirmeli ağlar ile kıyaslanabilir.
Modelleme nominal kapasitenin 40%'ı gibi yüklenmelerin çakışma tabanlı ağları kararsız hale getirebileceğini gösterdiğinden bu rapor tartışmalıdır. İlk dönemlerde pek çok araştırmacı CSMA/CD protokolünün inceliklerine hakim olmadıklarından gerçek Ethernet'ten farklı (kötü anlamda) ağ modellemeleri yapmışlardır.[5]
Eşikler ve anahtarlama
Tekrarlayıcılar kablo kırıkları gibi Ethernet alanlarıyla ilgili bazı sıkıntıları gidermekle beraber yine de tüm trafiği tüm ethernet aygıtlarına yönlendirmekteydiler. Bu durum bir Ethernet ağının en fazla kaç makine tarafından kullanılabileceğini pratik olarak kısıtlamaktaydı. Ayrıca tüm ağ bir çakışma ortamı idi, tüm sunucular ağ üzerinde herhangi bir noktadaki çakışmaları algılayabilmek zorunda idi ve en uzak iki nokta arasındaki tekrarlayıcı sayısı sınırlıydı. Son olarak da tekrarlayıcılarla birbirlerine bağlanan Ethernet alanları aynı hızda çalışmak zorundaydı, dolayısıyla aşamalı olarak geliştirme yapmak imkânsızdı.
Bu sorunları gidermek için donanım katmanını soyutlayarak veri bağlantısı katmanında iletişime olanak veren eşikleme geliştirildi. Eşikleme sayesinde bir Ethernet alanından diğerine sadece doğru biçimlendirilmiş paketler yönlendirilmekte, çakışmalar ve hatalı paketler tecrit edilmektedir. Eşikler MAC adresleri 'ni izleyerek ağ aygıtlarının nerelerde olduklarını tespit etmekte ve hedef adresi doğru istikamette konumlandıramadıklarında alanlar arasında paket yönlendirmeye izin vermemektedirler.
Farklı Ethernet alanlarına bağlı ağ aygıtlarından oluşan mimari oluşturulmadan önce eşikler (ve ağ anahtarları) hemen hemen hub'lar ile aynı işlevi görmekte, yani tüm trafiği alanlar arasında yönlendirmekteydi. Sadece eşikler her port ile ilintili adresleri bildikleri için ağ trafiğini sadece gerekli olan alanlara yönlendirerek genel performansı yükseltmekteydiler. Yayın (İngilizce: Broadcast) trafiği halen tüm ağ alanlarına yönlendirilmektedir. Eşikler aynı zamanda Yüksek Hızlı Ethernet ile birlikte önem kazanan iki sunucu arasındaki toplam alan sınırlamasını kaldırmış ve farklı hızlardaki alanların birbirlerine bağlanabilmesini sağlamıştır.
İlk eşikler CPU üzerinde çalışan bir yazılım ile her paketi tek tek incelemekteydi ve bazıları trafik yönlendirmede özellikle de aynı anda pek çok porta servis verdiklerinde hublara oranla çok daha yavaştı. Bu durum kısmen, Ethernet paketlerinin bir arabelleğe alınması, hedef adresinin bilinen MAC adresleri tablosuyla karşılaştırılıp paketin başka bir alana yönlendirilip yönlendirilmemesi kararının verilmesi gerektiğinden kaynaklanmaktaydı.
1989 yılında Kalpana firması ilk Ethernet ağ anahtarını EtherSwitch adıyla piyasaya sürdü. Bu cihaz mevcut Ethernet ağ anahtarlarından farklı olarak çalışmakta ve gelen paketin başka bir alana yönlendirip yönlendirilmeyeceğine karar vermek için sadece başlık kısmına bakmaktaydı. Bu yöntem paket yönlendirmedeki gecikmeyi ve ağ aygıtındaki işlem gereksinimini en aza indirerek ağ performansında ciddi iyileşme sağlamaktaydı. Bu yöntemin önemli bir dezavantajı paket içindeki başlık kısmından sonra gelen bölümde bir hata olması durumunda paketin doğru paket gibi algılanıp yönlendirilmesidir, dolayısıyla doğru çalışmayan bir istasyon halen tüm ağı karıştırabilmektedir. Buna çözüm olarak "yükle-ve-yolla"(İngilizce: store-and-forward) anahtarlama yöntemi geliştirildi. Bu yöntemde paketler bütün olarak arabelleğe alınıp sağlama toplamına bakılmakta ve yollanmaktadır. Bu yöntem orijinal eşikleme yaklaşımına bir çeşit geri dönüş olmakla birlikte uygulamaya yönelik ve daha güçlü işlemcilerin avantajlarından faydalanılmaktadır. Dolayısıyla artık, eşikleme, paketlerin tam kablo hızında yollanmasına olanak verecek şekilde donanımsal olarak yapılmaktadır. "Ağ Anahtarı" terimi 802.3 standardında geçmemekte olup ağ aygıtı üreticileri tarafından kullanılan bir adlandırmadır.
Paketler genelde yalnızca hedeflenen port'a ulaştırıldığından anahtarlamalı Ethernet paket trafiği paylaşımlı ortam Ethernet'e oranla biraz daha az umuma açıktır. Buna rağmen ARP spoofing ya daMAC flooding gibi yöntemlerle kolaylıkla çökertilebileceğinden halen güvensiz bir ağ teknolojisi olarak değerlendirilmelidir. Bant genişliği avantajları, ağ aygıtlarının birbirinden biraz daha fazla soyutlanmış olması, farklı hızdaki ağ aygıtlarını kolaylıkla biraraya getirilebilmesi ve anahtarlamasız Ethernet'teki zincirleme sınırlamalarının elimine edilmiş olması gibi artıları anahtarlamalı Ethernet'i en yaygın ağ teknolojisi durumuna getirmiştir.
Bükülü tel çifti ya da fiber bağlantılı bir alan her iki ucu da bir hub'a bağlanmadan kullanıldığında bu alanda tam çift yönlü(İngilizce: full-duplex) Ethernet kullanılabilir. Tam çift yönlü modda her iki ağ aygıtı herhangi bir çakışma olmaksızın aynı anda birbirlerine veri gönderip alabilirler. Bu yöntem kullanılan veri bağlantısının bant genişliğini iki katına çıkarır ve zaman zaman "iki kat bağlantı hızı" (örnek: 200 Mbit/s) olarak da lanse edilmektedir. Ancak bu terminoloji yanlıştır, zira performan ancak her iki yönde giden paketleri birebir olduğunda tam olarak ikiye katlanabilecektir, ki bu da pratikte pek mümkün olmamaktadır. Çakışma alanının ortadan kaldırılması aynı zamanda—bazı fiber Ethernet türevlerinde çok belirgin olduğu üzere—bağlantının bant genişliğinin tamamen kullanılabilmesi ve alan mesafesinin çakışma önleme donanımları gereksinimi ile sınırlı olmaması anlamına gelmektedir.
Dual hızlı hub'lar
Yüksek Hızlı Ethernet 'in ilk zamanlarında Ethernet Ağ Anahtarları göreceli olarak pahalı cihazlardı. Hub'ların sıkıntısı ağa herhangi bir 10BASE-T ağ aygıtı bağlanması durumunda tüm ağın 10 Mbit/s hızında çalışması zorunluluğuydu. Bu nedenle Dual hızlı hub olarak bilinen, işlevsellik olarak ağ anahtarı ile hub için bir ortayol sayılabilecek cihazlar geliştirildi. Bu cihazlarda 10BASE-T (10 Mbit/s) ve100BASE-T (100 Mbit/s) Ethernet alanlarını birbirinden ayıran iki noktalı dahili bir anahtar mevcuttu. Cihaz tipik olarak ikiden fazla fiziksel ağ bağlantısına sahipti. Herhangi bir ağ bağlantısına bağlı olan bir istasyon aktif hale geçince cihaz bunu uygun olarak ya 10BASE-T alanına ya da 100BASE-T alanına bağlamaktaydı. Bu cihazlar sayesinde 10BASE-T 'den 100BASE-T ağlarına geçiş süreci "ya hepsi ya da hiçbiri" yöntemiyle yapılmaktan kurtulmuş oldu. BU cihazlar hub olarak değerlendirilirler, çünkü aynı hızda bağlanan cihazlar arasındaki ağ trafiğini anahtarlamazlar.
Daha gelişmiş ağlar
Anahtarlamalı basit Ethernet ağlarının hub tabanlı Ethernet ile bir miktar gelişme olmasına rağmen yine de bazı sıkıntıları vardır, bunlar özetle:
- Tek noktadaki bir arızadan kaynaklanan sorunlar. Ağ üzerindeki herhangi bir bağlantıda oluşabilecek bir arızada bazı ağ aygıtları diğerleriyle haberleşemeyebilir, ve eğer arızalı bağlantı merkezi bir konumda olursa pekçok kullanıcı istedikleri sunuculara bağlanamayabilir.
- Ağ anahtarları ya da sunucular, hedeflemedikleri halde herhangi bir makinaya veri göndermesi için kandırılabilir.
- Kasti, kazara ya da ağ boyutunun bir yan etkisi olarak ağa gönderilen yayın trafiği düşük hızda çalışan bağlantı ya da sistemlerde aşırı yüklenmeye neden olabilir.
- Herhangi bir sunucu kendisiyle aynı ya da daha düşük hızda çalışan sunuculara servis vermeyi reddederek ağ üzerinde aşırı yüklenmeye neden olabilir.
- Ağ büyüdükçe normal yayın trafiği bant genişliğini gittikçe daha fazla harcar.
- Eğer ağ anahtarları multicast uyumlu değilse multicast trafiği bir port ile ilişkilendirmemiş MAC adresine yönlendirildiğinden broadcast trafiği olarak değerlendirilecektir.
- Eğer ağ anahtarları ağ boyutu ya da kasıtlı bir saldırı yüzünden kaydedebileceklerinden fazla MAC adresi tespit ederse bazı adresler kaçınılmaz olarak düşecek ve bu adreslere yönlendirilen veri akışı broadcast trafiği olarak değerlendirilecektir.
- Tek bir bağlantıya yöneltilen yüksek miktarda veriden kaynaklanan bant genişliği tıkanması.
Bazı ağ anahtarları bu sorunların üstesinden gelmek için çeşitli yöntemler sunmaktadır:
- Spanning-tree protokolü: Ağdaki aktif bağlantıları kullanımda tutarken yedek bağlantılara izin vermek için.
- Saldırılar çoklukla iki ağ anahtarı arasındaki bağlantıdan ziyade portlara yönlendirildiğinden çeşitli port koruma özellikleri.
- Aynı fiziksel altyapıyı kullanan farklı kullanıcı gruplarını birbirinden ayırmak için Sanal Ağlar.
- Sanal Ağlar arası hızlı anahtarlama yapabilen çok katmanlı ağ anahtarları.
- Aşırı yüklenmiş bağlantılara ilave bant genişliği sağlamak ve bir çeşit bağlantı yedeklemesi sunmak içim bağlantı kümeleri oluşturmak.
Autonegotiation ve çift yönlülük uygunsuzluğu
8P8C modüler konnektör yapısının (RJ45 ile karıştırılmamalıdır) kullanıldığı bükülü tel çifti Ethernet sistemleri için 10BASE-T yarı çift yönlü, 10BASE-T tam çift yönlü, 100BASE-TX yarı çift yönlü,... gibi çok farklı alternatif iletişim modları mevcuttur ve ağ aygıtlarının büyük çoğunluğu da farklı iletişim modlarıyla uyumludur. 1995 yılında birbirine bağlı iki ağ arayüzünün karşılıklı uzlaşma (İngilizce:Autonegotiation) ile en uygun iletişim modunu belirlemesine olanak veren IEEE 802.3u (100baseTX) standardı yayımlanmıştır. Bu sistem tüm cihazların autonegotiate edecek şekilde ayarlandığı ağ yapılarında başarıyla çalışmaktadır.
Autonegotiation standardında hızı algılamak için bir mekanizma olmasına rağmen Ethernet çiftinin çift yönlü iletişim ayarlaması için autonegotiation kullanılmamaktadır. Normal koşullarda, autonegotiate eden bir ağ aygıtının karşıdaki eşi autonegotiation yapmayan ve sadece yarı çift yönlü iletişim modunu destekleyen bir hub olacağından ağ aygıtları karşıdaki eşin negotiate etmediği durumlarda varsayılan ayar olan yarı çift yönlü moda geçerler. Karşıdaki cihaz eğer yarı çift yönlü modda çalışıyorsa bu kombinasyon düzgün çalışır, ancak karşıdaki cihaz eğer tam çift yönlü modda çalışıyorsa bir çift yönlülük uygunsuzluğu durumu oluşur. Bu durum ağın çalışmasını engellemez ancak nominal hızından çok daha yavaş çalışıp çakışmaların artmasına sebep olur. Bu durumu engellenmek için ağın bir ucundaki cihazın tam çift yönlü modda çalışıp diğerinin autonegotiate yapmasına izin verilmez.
Müşterek çalışabilme sorunları yüzünden bazı ağ yöneticileri ağ aygıtlarının çalışma modlarını elle sabit ayarlara getirmektedir. Oluşması muhtemel bir durum, bir ağ aygıtının autonegotiate yapamayıp herhangi bir varsayılan moda ayarlanmasıdır. Bu çoğunlukla çift yönlülük ayarlarında uygunsuzluğa neden olur. Özel olarak bir tanesi autonegotiation yapan, diğeri ise sabit olarak tam çift yönlü modda çalışan iki ağ aygıtı birbirine bağlandığında autonegotiation işlemi başarısız olup varsayılan mod olarak yarı çift yönlü mod kullanılacağından çift yönlülük uygunsuzluğu oluşur. Bu durumda tam çift yönlü modda çalışan ağ aygıtı aynı anda hem alma hem de gönderme yapacağından yarı çift yönlü modda çalışan ağ aygıtı göndermekte olduğu Ethernet çerçevesini iptal eder. Yarı çift yönlü modda çalışan ağ aygıtı bir Ethernet çerçevesi almaya hazır durumda olmadığından çakışma işareti gönderir, geri çekilme süresi boyunca gönderimler durdurulur. Paketler tekrar gönderilmeye başladığında aynı durum tekrarlanır ve geri çekilme süreleri gitgide uzar. En sonunda yeterli bekleme süresi tesadüfi olarak gerçekleşir ve paketler gönderilir ama bu durum da ağın aşırı yüklenmesine ve pek çok çakışma oluşmasına neden olur.
Bekleme süreleri yüzünden çift yönlülük uygunsuzluğunun etkisi tamamen devre dışı değil ancak son derece yavaş bir ağ işlevselliği olmaktadır. Düşük trafikli bağlantılarda bu tolere edilebilir ancak bant genişiliği yüksek transferlerde çok ciddi olarak sorun yaratır, hatta iletişimin tamamen kesilmesine neden olabilir.
10/100 Mbit/s'de autonegotiation gerekli olmamakla birlikte IEEE 802.3u tarafından varsayılan uygulama olarak önerilmektedir. Ancak 1000baseT aygıtların zamanlayıcı kaynağını belirlemek için autonegotiation yapması gereklidir. Her ağ noktasında autonegotiation'ın etkinleştirilmesi 10/100Mbit/s'den 1000baseT anahtar ve LAN'a geçişi kolaylaştırır.
Donanım katmanının tüm işlevselliği (hız, çift yönlülük, zamanlayıcı kaynağı ve akış denetimi) autonegotiation ile denetlendiğinden tüm aygıtlarda etkinleştirilmesinde bir sakınca yoktur. Örneğin tek hızlı bir bağlantı için negotiation'u etkinleştirip sadece tek hız için negotiate edilebilinir. Autonegotiation etkin olmayan eski metod anahtar ve LAN kartları tarafından artık kullanılmamaktadır.
Donanım Katmanı
İlk Ethernet ağlarında (10BASE5) CSMA/CD paylaşım ortamı olarak vampir tapası ile birlikte kalın sarı kablolama kullanılmaktaydı. Sonrasında 10BASE2 Ethernet'te CSMA/CD paylaşım ortamı olarak daha ince eşmerkezli kablolama ve BNC konnektörler kullanılmıştır. Daha yeni olan StarLAN 1BASE5 ve 10BASE-T Ethernet'te 8P8C modüler konnektör ile Ethernet hub 'lara bağlanılan eşmerkezli kablolama kullanılmıştır.
Halihazırda, kullanılan fiziksel ortam ve hız yönünden farklılıklar gösteren pek çok Ethernet türü vardır. En yaygın olarak kullanılan türler 10BASE-T, 100BASE-TX, ve 1000BASE-T 'dir. Her üçünde de 8P8C modüler konnektör kullanılır. Sırasıyla 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, and 1 Gbit/s veri hızlarında çalışmaktadırlar. Ancak her birinin çalışabilmesi için farklı kablolama grektiğinden kurulumcular sunuculara yapılan kısa bağlantılar haricinde 1000BASE-T yi kullanmaktan uzak durmaktadırlar.
Fiberoptik daha çok yapısal kablolama uygulamalarında kullanılmaktadır. Bu tip Ethernet kurumsal veri merkezi uygulamalarında çoklukla kullanılmakla birlikte maliyet ve kullanım kolaylığı yönünden son kullanıcı uygulamalarında tercih edilmemektedir. Performans, elektriksel yalıtım ve bazı versiyonlarında onlarca km'ye varan mesafe avantajları vardır. Sürekli daha hızlı yeni fiber Ethernet versiyonları çıkmaktadır. 10 gigabit Ethernet kurumsal uygulamalarda ve taşıyıcı ağlarda giderek daha yaygınlaşmaktadır, ayrıca 40 Gbit/s Ethernet ve 100 Gbit/s Ethernet geliştirilmeye başlanılmıştır[6][7][8]. Robert Metcalfe 2015 yılı itibarıyla ticari terabit Ethernet uygulamalarının başlayacağına inandığını, terabit Ethernet standardına ulaşmak için mevcut Ethernet standartlarının iptal olabileceğini belirtmiştir.[9]
Kablo üzerindetaşınan bir veri paketine "çerçeve (frame)" denilmektedir. Gerçek fiziksel ortamda görüntülenen bir çerçeve diğer verilerin yanı sıra "Giriş (Preamble)" ve "Çerçeve Başlangıç Sınırlayıcı (Start Frame Delimiter)" alanlarını içermelidir. Bu alanlar tüm fiziki donanımlar için gereklidir. Bu alanlardaki bitler ağ aygıtı tarafından işlemciye aktarılmadan önce çıkartıldığından paket izleme programları tarafından görülmezler. CRC32 bitleri ise genellikle aygıt sürücü yazılımı tarafından çerçeveden ayrılırlar.
Aşağıdaki tablo 1500 baytlık maksimum iletim birimi için gönderildiği haliyle, bütün bir Ethernet çerçevesini göstermektedir. Daha yüksek hızlı bazı gigabit Ethernet uygulamaları "jumbo frame" denilen daha büyük çerçeve boyutlarını desteklemektedir. Dikkat edilmesi gereken nokta Giriş ve Çerçeve Başlangıç Sınırlayıcı alanlarındaki bit düzenlerinin bayt olarak değil karakter dizisi olarak yazılmış olmasıdır. Bu gösterim IEEE 802.3 standardında kullanılan ile uyuşmaktadır. Bir Oktet modern bilgisayarlarda "bayt" olarak adlandırılan sekiz bitlik veri anlamındadır.
| Giriş | Çerçeve Başlangıç Sınırlayıcı | Hedef MAC Adresi | Kaynak MAC Adresi | EtherType/Uzunluk | Yararlı Yük (Veri ve eklemeler) | CRC32 | Çerçeveler arası Boşluk |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7 oktet 10101010 | 1 oktet 10101011 | 6 oktet | 6 oktet | 2 oktet | 46–1500 oktet | 4 oktet | 12 oktet |
| 64–1518 oktet | |||||||
| 72–1526 oktet | |||||||
Bir Ethernet çerçevesi gönderildikten sonra göndericinin bir sonraki çerçeveden önce 12 oktetlik boş karakter süresince beklemesi gereklidir. Bu süre 10 Mbit/s için 9600 ns, 100Mbit/s için 960 ns ve 1000Mbit/s için 96 ns'dir.
Aşağıdaki tablodan 10 Mbit/s Ethernet'in net bit oranının yaklaşık olarak 9.75 Mbit/s olduğu hesaplanabilir (1500'er baytlık maksimum boyutlu paketlerin ardarda gönderildiği varsayılmıştır):
10/100Mbit alıcı/gönderici çipleri (MII PHY) bir seferde 4 bit alıp gönderecek şekilde çalışmaktadır. Dolayısıyla Giriş Alanı 0101 + 0101 verisinin 7 kez tekrarlanması, Çerçeve Başlangıç Sınırlayıcı ise 0101 + 1101 verisi olacaktır. 8-bit veriler, önce aşağı 4-bit, sonra yukarı 4-bit olacak şekilde gönderilir. 1000Mbit alıcı/gönderici çipleri (GMII) bir seferde 8 bit alıp gönderecek şekilde, 10 Gbit/s (XGMII) PHY'ler ise bir seferde 8 bit alıp gönderecek şekilde çalışırlar.
Ethernet çerçevesi tipleri ve EtherType alanı
Birkaç farklı Ethernet çerçevesi vardır, bunlar:
- Ethernet Versiyon 2 ya da Ethernet II çerçevesi, DIX frame olarak da bilinir (DEC, Intel ve Xerox 'un baş harflerinden türetilmiştir); çoğunlukla doğrudan İnternet Protokolü tarafından kullanıldığı için bugün en yaygın olan çerçeve tipidir.
- Novell'in kullandığı IEEE 802.2 Mantıksal Bağlantı Kontrolu (İngilizce: Logical Link Control(LLC)) başlık kısmı olmayan standart dışı IEEE 802.3 varyasyonu ("taslak 802.3 çerçevesi").
- IEEE 802.2 Mantıksal Bağlantı Kontrolu (LLC) çerçevesi.
- IEEE 802.2 LLC/Alt-Ağ Erişim Protokolü (İngilizce: Subnetwork Access Protocol(SNAP)) çerçevesi.
İlave olarak her dört Ethernet çerçeve tipi seçmeli olarak hangi Sanal Ağ'a (İngilizce: Virtual LAN(VLAN)) ait olduklarını ve IEEE 802.1p önceliklerini belirtmek için bir IEEE 802.1Q etiketi kullanabilirler. Bu enkapsülasyon IEEE 802.3ac 'de tanımlanmıştır ve maksimum çerçeve boyutunu 4 bayt artırarak 1522 bayt'a yükseltir.
Farklı çerçeve tipleri farklı formatlara ve MTU değerlerine sahiptir, ancak aynı paylaşımlı ortamda birarada bulunabilirler.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder