OSI Modeli¶

Bilgisayar ağlarının nasıl çalıştığını anlamak için kullanılır. Geliştirilen donanımlar ve yazılımların, standartlara uymasını ve dolayısıyla İnternet üzerinde sorunsuzca iletişim kurabilmesini sağlar.

ChatGPT'den "Zihni Sinir projesi" tarzında OSI modeli katmanları

İnternet'in Kısa Tarihçesi¶

ARPANET 1970

ARPANET, Advanced Research Projects Agency Network (Gelişmiş Araştırma Projeleri Ajansı Ağı) ifadesinin kısaltmasıdır. 1960'ların sonunda ABD Savunma Bakanlığına bağlı DARPA tarafından finanse edilen bir araştırma ağıdır.

ARPANET'in ilk bağlantısı 1969 yılında kurulmuştur ve başlangıçta dört üniversite arasında çalışmıştır.

ARPANET, paket anahtarlama (packet switching) teknolojisini kullanan ilk büyük ölçekli ağlardan biri olmuş ve günümüzdeki İnternet'in temellerini oluşturmuştur. Bu nedenle ARPANET genellikle İnternet'in atası olarak kabul edilir.

OSI ve TCP/IP modelleri¶

Bilgisayar ağlarının nasıl çalıştığını anlamak için kullanılır. Geliştirilen donanımlar ve yazılımlar bu modellere uygun olursa İnternet üzerinde sorunsuzca iletişim kurabilirler.

Görsel kaynağı: https://community.fs.com/article/tcpip-vs-osi-whats-the-difference-between-the-two-models.html

OSI 🆚 TCP/IP Modeli Karşılaştırmasıs

OSI MODELİ KATMANLARI¶

Bir bilgisayardan gönderilen bir bilginin diğer bilgisayara nasıl ulaştığını anlatmak için tasarlanmıştır. İletişimi 7 katmanlı mimarı ile tanımlar. Ağ elemanlarının nasıl çalıştığını ve verinin iletimi sırasında hangi işlemlerden geçtiğini kavramak için kullanılan rehberdir. OSI Katmanlarının mantığını anlamak ağları planlamak, ağ üzerinden çalışan program yazmak ve ağ sorunlarını çözmek için önemlidir.

• 7-Uygulama (Application)
• 6-Sunum (Presentation)
• 5-Oturum (Session)
• 4-Taşıma (Transport)
• 3-Ağ (IP)
• 2-Veri Bağlantı (Data link)
• 1-Fiziksel (Physical)

Görsel kaynağı: https://www.practicalnetworking.net/series/packet-traveling/osi-model/

Görsel kaynağı: https://planetechusa.com/layer-2-vs-layer-3-switches/

Görsel kaynağı: https://community.fs.com/article/tcpip-vs-osi-whats-the-difference-between-the-two-models.html

1: Fiziksel Katman¶

Haberleşme kanalının elektriksel ve mekanik olarak tanımlandığı katmandır. Bir uçtan gönderilen sinyalin karşı uca iletilmesinden sorumludur. Sayısal haberleşmede en küçük birim bit olduğundan bu katmanın hızı bps, b/s (bit/saniye) cinsindendir. Birinci katman donanımları:

1. Bakır ve fiber optik kablolar
2. RF (Antenler)
3. Sinyali (işareti) elektrik olarak yükselten ve çoklayan HUB cihazları
4. Tekrarlayıcılar (repeater)
5. Kablosuz iletişimde kullanılan hava

2: Veri Bağlantı Katmanı¶

Verinin fiziksel ortamdan güvenli bir şekilde taşınmasından sorumlu olan katmandır. Kaynaktan çıkan verilerin(bitler) hedefe ulaşan verilerle aynı olup olmadığını sınayan sistemler kullanılır. En çok kullanılan hata bulma algoritmaları eşlik biti (parity check) ve CRC algoritmasıdır.

Görsel kaynağı: https://www.hbmacit.com/2020/06/12/c-ile-parite-biti-hesaplama/

Verinin doğru olup olmadığına bakmaz, sadece sağlamlığını kontrol eder. Bu katmanda üst katmandan gelen veriler çerçeve (frame) adı verilen paketleme işlemini tabi tutulur. Kapsülleme de denir. Birbirine doğrudan bağlı ağ cihazlarının aynı kapsülleme yöntemini (ikinci katman protokolünü) kullanması gerekir.

Görsel kaynağı: https://www.computernetworkingnotes.com/ccna-study-guide/data-encapsulation-and-de-encapsulation-explained.html

Görsel kaynağı: https://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet_frame

Görsel kaynağı: http://som.csudh.edu/cis/471/hout/netech/encapsulation.htm

• Yerel ağda (LAN): Ethernet
• Uzak ağlarda (WAN) : Metroethernet. Eskiden ATM, PPP, Frame-Relay gibi protokoller vardı ama günümüzde kullanımı azaldı. Eskiden çevirmeli ağlarda kullanılan PPP yerine günümüzde PPPoE kullanılıyor artık.

Görsel kaynağı: https://www.alfanett.com.tr/modem.html

LAN ve WAN nedir?¶

• LAN: Local Area Network (yerel alan ağı). Kendi arazisi (binası) içerisinde, kimseden izin almaya gerek kalmadan kablolama yapılan ağlara LAN denir. Örneğin üniversite kampüsü ya da aynı binanın birkaç katını kullanan şirketler gibi.
• WAN: Wide Area Network (geniş alan ağı). Kurumların kendi arazisinin (binasının) dışında olan bir yer ile kurulan ağlardır. Sokağın karşısındaki binaya kablo çekemeyiz. Eğer karşılıklı iki binada iletişim kurulması gerekiyorsa, ISP (Internet Service Provider ~ internet servis sağlayıcı) firmadan hizmet satın almak gerekir.
• Fark ne?: LAN'da istediğimiz kablolama türü ve istediğimiz protokolü kullanabiliriz. Hiç bir kısıtlama olmadan ağa bağlanabiliriz. WAN'da ise servis sağlayıcının sunduğu hizmetlerden ve onun kurallarına uyarak bağlanabiliriz.

Anahtarlama Türleri¶

• Devre Anahtarlama: Veri aktarımı, fiziksel değişiklikle yapılır.
• Paket Anahtarlama: Veri aktarımı, her bir veri paketi için hesaplanarak, yazılımsal olarak yapılır.

Görsel kaynağı: https://www.scaler.com/topics/computer-network/circuit-switching-and-packet-switching/

Ethernet Protokolünde Anahtarlama¶

Ethernet protokolünde kaynak ve hedef adresleri olarak MAC adresi (fiziksel adres) kullanılır. Çakışmaları engellemek için aynı ağda iki MAC adresi olmamalıdır.

Windows'ta MAC adresi (fiziksel adres)

MAC Adres Tablosu¶

Görsel kaynağı: https://community.spiceworks.com/t/how-to-find-ip-mac-addresses-on-cisco-ios-devices/1012165

Görsel kaynağı: https://www.geeksforgeeks.org/what-is-mac-address-table/

Anahtarlar (switch) ikinci katmanda çalışır. Anahtarlar portlarına bağlı olan cihazların MAC adreslerini bilmek zorundadır (otomatik öğrenir). Bu şekilde iki farklı portu arasındaki trafiği, diğer cihazlar görmeden aktarabilirler. HUB’lardan en önemli farkı budur.

Görsel kaynağı: https://www.pcmag.com/encyclopedia/term/ethernet-hub

3: Ağ Katmanı (IP)¶

İnternet'i dünyanın farklı yerlerindeki ağlar üzerinden erişilebilir kılan katman budur. Kaynak ve hedef olarak IP adresi kullanılır. IP yönlendirilebilir bir protokol olduğundan her türlü veri ağı üzerinden haberleşmeye olarak sağlanır. Bu katman en önemli görevi yönlendirme işlemidir. Yönlendirme işlemi birden fazla ağ arayüzüne (network interface) sahip olan yönlendirici(router) adı verilen cihazlar tarafından yapılır. IP internetin temel protokolüdür. Yani bir PC internete bağlanacaksa IP’yi mutlaka biliyor olmalıdır.

Ağlar arası bağlantı

Farklı ağların birbiri ile görüşmesi için mutlaka yönlendirme yapılması gerekir. Yukarıdaki şekilde iki farklı ağ yönlendirme yapılarak bağlanmıştır.

• Kütüphane tarafındaki bilgisayarlar aynı ağdadır. Birbirleriyle MAC adresleriyle haberleşir (2. katman).
• Rektörlük tarafındaki bilgisayarlar aynı ağdadır. Birbirleriyle MAC adresleriyle haberleşir (2. katman).
• Kütüphane ve Rektörlük bilgisayarları farklı ağlarda olduklarından birbirleriyle MAC adresleriyle haberleşemez, IP adresi ile yönlendirme yapılarak haberleşebilirler. (3. katman).

Görsel Kaynağı: https://www.researchgate.net/publication/269810379_IPv4IPv6_Transition

Görsel Kaynağı: https://infosys.beckhoff.com/english.php?content=../content/1033/bc9191/2792604555.html&id=

4: Taşıma Katmanı¶

İnternette IP üzerinde kullanılan 2 tane 4. katman protokolü vardır. Bunlar TCP ve UDP'dir. Bu katman uygulama programları için seri iletişim kanalları kuran katmandır. Bu kanallar port adı verilen servis numaralarıyla kurulur.

Görsel Kaynağı: https://www.karel.com.tr/bilgi/tcp-ve-udp-arasindaki-farklar-nedir

• TCP: Bağlantı temelli bir protokoldür. Trafik başlamadan önce karşıdaki uca müsait olup olmadığı sorulur. Bu yönüyle telefon görüşmesine benzer.

• UDP: Bağlantı temelli değildir. Trafik doğrudan başlatıldığı için paketlerin iletimi garanti edilmez. SMS gönderimine benzetilebilir. Özellikle gerçek zamanlı görüntü ve ses taşıma uygulamalarında elverişlidir. TCP’ye göre daha hızlıdır.

Görsel Kaynağı: https://medium.com/@mehmet.topac/tcp-nedi%CC%87r-udp-nedi%CC%87r-farklari-nelerdi%CC%87r-6ff6a29573b7

3 way handshaking - 3 aşamalı el sıkışma¶

Görsel Kaynağı: https://toschprod.wordpress.com/2012/01/30/osi-model-layer-4-transport/

Görsel Kaynağı: https://www.reddit.com/r/ProgrammerHumor/comments/18hkwj0/acknowledge/

TCP'de üç yönlü el sıkışma (three-way handshake) tamamlandıktan sonra, veri aktarımı başlar. Aktarım sırasında her segmente sıra numarası (sequence number) atanır ve pencere boyutu (window size) ile akış kontrolü sağlanır. Büyük veriler, segmentler halinde parçalara ayrılarak iletilir ve kayıp segmentler yeniden gönderilir (retransmission).

Örnek senaryolar

• TCP ile büyük dosya indirme: HTTP ile 1 GB’lık bir dosya indirilirken veri TCP segmentlerine bölünerek gönderilir. Her segment, sequence number (sıra numarası) ile etiketlenir (ör. Seq=1, Seq=2, ...). Alıcı taraf bu numaralar sayesinde eksik veya kayıp segmentleri tespit eder ve gerekirse yeniden gönderilmesini ister (retransmission). Bu nedenle TCP, verinin eksiksiz ve doğru sırada iletilmesini sağlar. Örneğimize göre, 1 GB dosya her biri yaklaşık 1460 bayt olan ~735K segment halinde gönderilmesi sağlanır.

• UDP ile canlı yayın (radyo / TV): Canlı yayınlarda çoğunlukla UDP kullanılır. Çünkü düşük gecikme önemlidir ve küçük paket kayıpları genellikle yayını ciddi şekilde bozmaz. UDP’de yeniden iletim olmadığı için veri daha hızlı ve kesintisiz iletilir.

Görsel kaynağı: https://www.pinterest.com/pin/808536939357862630/

Görsel kaynağı: https://www.softwaretestinghelp.com/tcp-vs-udp/

5-7: Uygulama Seviyesi Katmanları¶

Aslında uygulama seviyesi sadece 7. katmandır. Ancak 5 ve 6 yaygın kullanılmadığından ve farklı uygulamalar arasında standart olmadığından bu derste üçünü tek başlıkta inceliyoruz.

Uygulama programları genellikle 7. katmanda çalışmakta ve genellikle doğrudan 4. katman ile iletişime geçmektedir. Oturum ve sunum gibi işlemler yapılacaksa da genellikle uygulama içerisinde yapılıp 4. katmana aktarılmaktadır.

Yaygın kullanılan bazı servisler¶

Bilgisayar ağları kapsamında Servis (hizmet) kavramı, ağ üzerinde belirli bir portu dinleyen uygulama anlamındadır. Örneğin, WEB portunu (TCP 80) web sunucusu dinler. Web sunucusu uygulamasına servis denir bu durumda.

• DHCP (UDP 67 & 68)
• DNS (UDP 53)
• HTTP (TCP 80)
• HTTPS (TCP 443)
• SMTP (TCP 25)
• SSH (TCP 22)
• RDP (TCP 3389)
• MS-SQL (TCP 1433)
• MySQL (TCP 3306)

OSI modelini anlamak için kullanılabilecek uygulamalar¶

• ping (hping): Karşı uç ile aramızda 3. katmanda bağlantı var mı? Paketler kaç milisaniyede gidip geliyor? Büyük paketler ve küçük paketler ağdan aynı şekilde gidebiliyor mu?
• traceroute (tracert): Uzaktaki bir sisteme IP üserinden hangi rotadan gittiğimizi gösterir. ICMP kapalı olan sistemlerde TCP Trace denenebilir.
• Telnet: Ağlarda yönetim ve kontrol amaçlı kullanılır. Ağ cihazlarının genellikle tamamı telnet ile yönetimi destekler. Bunun dışında, 2 cihaz arasında 4. katmanda bağlantı (erişebilirlik) kontrolü yapmak için de kullanılır. Örneğin SMTP veya HTTP gibi protokoller, Telnet ile çalıştırılabilir.
• netstat Bilgisayarımızda açık olan portları ve aktif ağ bağlantılarımızı gösterir. Linux'ta sudo netstat -antulp şeklinde en güzel çıktıyı verir.
• nmap (zenmap): TCP ve UDP port taraması yapar. 0-65536 arası tüm portlar ya da belirli portlar taranabilir. Script taraması sayesinde zafiyet taraması bile yapabilir. Çok güçlü bir araçtır.
• wireshark (tcpdump): Ethernet kartını izler, tüm trafikleri kaydeder. İstenirse filtre girilerek kayıt yapması da sağlanabilir.
• TCPView (Microsoft) Windows'ta aktif ağ bağlantılarını gösterir. Hangi uygulama nereye bağlantı yapıyor?

Wireshark ile trafik analizi¶

Örnek uygulamalar:

• DHCP trafiği
• TCP 3-way handshake
• HTTP/Telnet vb. parola görüntüleme
• DNS ve HTTP trafikleri arka arkaya

sudo apt install python3-venv
python3 -m venv TEST
source TEST/bin/activate
pip install sauth
sauth abc 123

OSI modeli ve güvenlik¶

Görsel kaynağı: https://www.researchgate.net/publication/346192126_Requirements_for_cybersecurity_in_agricultural_communication_networks/

Bilgi güvenliğinin temel unsurları¶

CIA üçgeni. Görsel kaynağı: https://fikirjeneratoru.com/bilgi-guvenligi-ve-bilgi-guvenligi-unsurlari/

McCumber Küpü. Görsel kaynağı: https://fikirjeneratoru.com/bilgi-guvenligi-ve-bilgi-guvenligi-unsurlari/

Genişletilmiş CIA üçgeni