TCP/IP Protokolü Nedir?

Günümüz dijital çağında, ağ oluşturmanın temellerini anlamak çok önemlidir. Özellikle, İletim Kontrol Protokolü/İnternet Protokolü (TCP/IP) İnternet’in temelini oluşturur. Ayrıca, cihazlarımız arasında bilgi alışverişinde ciddi bir rol oynar.

Bu makalede sizlere TCP/IP protokolü tam olarak nedir ve özellikleri nelerdir anlacağım. Öncelikle, tarihini ve yapısına bakacağım ve ardından nasıl çalıştığını ele alacağım.

TCP/IP Tanımı ve Paket Yapısı

TCP/IP protokolü açılımı Transmission Control Protocol’dur. Ancak, elbette Türkçe’ye İletim Kontrol Protokolü olarak çeviriyoruz. Yani bu standart, bilgisayarların İnternet üzerinden veri göndermesine yardımcı olan bir kurallar grubudur.

Bu kümede 100’den fazla protokol bulunmaktadır. Bunlar arasında en popüler olanı HTTP/HTTPS’tir.

Buna ek olarak, adres çözümlemesi için ARP (Address Resolution Protocol) kullanılır. Dosya transferleri için FTP (File Transfer Protocol) tercih edilir.

Ayrıca, e-mail alıp göndermek için SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) kullanılır. Son olarak, uzak bilgisayarlara erişim için Telnet protokolü kullanılır.

İletim Kontrol Protokolünün Geçmişi

İnternet Protokol Ailesi, 1970’lerde DARPA tarafından geliştirildi. İlk çalışmalar, 1969’da ARPANET’in inşasıyla başladı. DARPA, bu süreçte birçok veri iletim teknolojisi üzerinde çalıştı.

1972’de Robert E. Kahn, DARPA’nın Bilgi İşlem Teknikleri Ofisi’nde işe alındı. Kahn, uydu ve radyo dalgası paket iletişimi üzerinde çalıştı. Bu iletişim şekillerinin değerini vurguladı.

1973 baharında, Vint Cerf ARPANET protokolünü geliştirmek üzere katıldı. Cerf, Kahn’e açık bir arabirim mimarisi oluşturmayı önerdi. Bu sayede yeni ARPANET protokollerinin tasarlanması hedeflendi.

1973 yazında, Kahn ve Cerf temel bir revizyon gerçekleştirdi. Ağ protokolleri arasındaki farklar, bir İletişim Protokolü kullanılarak gizlendi. Ayrıca, ağ artık iletişimin güvenilirliğinden sorumlu değildi.

Cerf, CYCLADES ağının yaratıcıları Hubert Zimmerman ve Louis Pouzin’in çalışmalarından etkilendi. Bu ağın tasarımı, onun çalışmalarını büyük ölçüde etkiledi.

Yönlendirici adı verilen bilgisayarlar, ağlar arasında datagramlar gönderir. Bu yönlendiricilerin gereksinimleri RFC 1812‘de tanımlanmıştır.

Cerf’in 1973-1974 dönemindeki araştırmaları, ilk TCP spesifikasyonunu doğurdu. Bu süreç, Stanford Üniversitesi’nde yapılan araştırma grubuyla ayrıntılı olarak uygulandı.

DARPA, farklı donanım platformları için protokol sürümleri geliştirdi. BBN Technologies, Stanford Üniversitesi ve University College London bu işte yer aldı.

Sonuç olarak, dört versiyon geliştirildi: TCP v1, v2, v3 ve IP v3. Daha sonra v4 sürümü stabilize edildi ve halen standart protokoldür.

1975’te Stanford Üniversitesi ve University College London arasında ilk iletişim testi yapıldı. 1977’de ise ABD, İngiltere ve Norveç’te başka bir test gerçekleştirildi.

1978-1983 arasında birçok TCP/IP prototipi geliştirildi. ARPANET, 1 Ocak 1983’te bu protokole tamamen geçti.

Mart 1982’de ABD Savunma Bakanlığı, bu protokolü askeri ağlar için standart ilan etti. 1985’te Internet Yönetim Merkezi, protokolü geliştirmek amacıyla bir atölye çalışması düzenledi.

Kahn ve Cerf, Amerikan kültürüne katkılarından dolayı 10 Kasım 2005’te Cumhurbaşkanlığı Özgürlük Madalyası ile ödüllendirildi.

Son olarak, 1 Ocak 2020’de TCP/IP Protokolü 37 yaşına girdi.

TCP Paket Yapısı

TCP paketi, üstbilgisi tarafından kapsüllenmiştir. Bu üstbilgi, datagramın adreslerini ve hedefini belirler. Ayrıca, aşağıdaki alanlardan oluşur:

Port of Source (Kaynak Port).
Port of Destination (Hedef Port).
Sequence Number (Sıra Numarası).
Confirmation Number (Onay Numarası).
Data Scrolling (Veri Kaydırma).
A Reserved Field (Ayrılmış Bir Alan).
Control Bit (Kontrol Biti).
Window (Pencere).
Checksum (Sağlama).
Urgency Indicator (Aciliyet Göstergesi).
Options (Seçenekler).
Compensation (Telafisi).

IP Paket Yapısı

IP, paketleri sınıflandırmak ve dağıtmaktan sorumlu bir protokoldür. Her IP paketi, datagram olarak adlandırılır. Ayrıca, IP protokolü yükü göndericinin ve alıcının IP adresi ile kapsüllenir. Sonuç olarak, IP datagramı aşağıdaki alanlardan oluşur:

Version (Sürüm).
Header Length (Başlık Uzunluğu).
Priority and Type of Service (Öncelik ve Hizmet Türü).
Total Length (Toplam Uzunluk).
ID (Kimlik).
Summary of Indicators (Göstergelerin Özeti).
Scroll Fragment (Parça Kaydırma).
Time of Life (Yaşam Süresi).
Protocol (Protokol).
Checksum (Sağlama).
Destination Address (Hedef Adres).
Options and Fill (Seçenekler ve Dolgu).

TCP/IP Avantajları

TCP/IP paketi yönlendirme için tasarlanmıştır. Ayrıca, yüksek derecede güvenilirlik sunar. Bu nedenle, büyük ve orta ölçekli ağlar için uygundur. Buna ek olarak, iş ağlarında da kullanılır.

Dünyada İnternet ve web sunucularına bağlanmak için yaygın olarak kullanılır. Ayrıca, ağ performansını analiz etmek için standart araçları destekler.

Dezavantajları

Yapılandırılması ve bakımı, NetBEUI veya IPX/SPX‘ten daha zordur. Ayrıca, ortalama trafik hacminin düşük olduğu ağlarda biraz daha yavaştır.

Bununla birlikte, çok sayıda kareyi göndermesi gereken yoğun trafik hacminde daha hızlı olabilir.

Pratik Uygulama

Üniversite kampüsleri ve iş komplekslerinde yönlendiriciler kullanılır. Bununla birlikte, küçük ev ağlarında da yönlendiriciler kullanılır. Ayrıca, cep telefonları gibi mobil cihazların yanısıra ev otomasyon sistemlerinde de yönlendiriciler yer alır.

Ağda TCP/IP Nasıl Çalışır?

TCP/IP gibi protokoller, bilgisayarların ağlar üzerinden iletişim kurmasını sağlar. Bu protokoller birlikte çalışır ve bir protokol yığını oluşturur.

Her protokol yığını, belirli bir amaç için tasarlanmıştır. Örneğin, TCP yığını, uygulama, sunum ve oturum katmanlarını bir araya getirir. Bu yığın, bir uygulama yığını olarak bilinir.

TCP uygulama katmanı, verileri taşıma katmanına iletmek için yapılandırır. Ayrıca, OSI modelinin uygulama, sunum ve oturum işlemlerini gerçekleştirir.

Sonraki katman, veri aktarımından sorumludur. Bu katman, gönderilen ve alınan verilerin hatasız olmasını sağlar.

TCP, verileri segmente böler ve başlık ekler. Bu başlık, segmentlerin doğru bir şekilde yeniden birleştirilmesi için gerekli bilgileri içerir.

Üçüncü katman, verileri IP datagramlarına dönüştürür. Bu katman, İnternet adresini belirleyerek teslimat için hazırlar. IP protokolü, ağ katmanı olarak da bilinir.

Her segmente bir IP adresi ve başlık eklenir. Başlık, IP adreslerini, datagram uzunluğunu ve sıra numarasını içerir.

Paketler küçük parçalara bölünür. Bir sıra numarası eklenir ve daha sonra doğru şekilde yeniden birleştirilir.

TCP/IP Protokolü Hakkında SSS

TCP/IP olmasaydı internet bu kadar güvenilir olamazdı, peki bu güvenilirliğin sırrı nerede?

Sırrı, gönderilen her paketin onaylanmasında yatar. TCP katmanı, alıcıya bir segment ulaştığında hemen bir ACK mesajı döndürür. Gönderici bu onayı almazsa, paketi tekrar yollar.

Ayrıca sıra numaraları sayesinde paketler doğru sıraya dizilir. Parçalanmış veriler, hedefte eksiksiz bir bütün haline gelir. Hiçbir parça kaybolmaz ya da bozulmaz.

Üstelik checksum mekanizması her paketin bütünlüğünü kontrol eder. TCP, güvenilir bir postacı gibi çalışır. IP ise sadece adrese bakar; zarfın içine karışmaz.

IP paketleri neden datagram olarak adlandırılır ve bu yapıda TTL alanı ne işe yarar?

Datagram, bağlantısız ve bağımsız bir veri birimidir. IP her paketi ayrı bir varlık olarak görür. Hiçbir paketin diğeriyle oturumsal bağı yoktur.

TTL ise paketin ağda sonsuza kadar dolaşmasını engeller. Her yönlendirici bu değeri bir azaltır. Sıfıra düştüğünde paket yok edilir.

Dolayısıyla TTL, döngüye giren paketlerin ağı çökertmesini önler. Aynı zamanda hedefe ulaşamayan verilerin kaynakları tüketmesine de izin vermez. Paketin yaşam süresi, ağın sağlığı için kritiktir.

Bu protokol ailesinin en büyük dezavantajı küçük ağlarda yavaş olması mıdır?

Aslında bu tam bir dezavantaj değil, bir tasarım tercihidir. Küçük bir ağda TCP’nin el sıkışma ve onay trafiği gözle görülür bir ek yük getirir. Halbuki NetBEUI gibi protokoller çok daha hafif kalır.

Ne var ki aynı ek yük, yoğun trafikte işleri hızlandırır. Kayıp paketler hızla yeniden gönderilir. Büyük veri akışlarında bu mekanizma devreye girer.

Zira yapılandırma ve bakım tarafı gerçekten diğerlerine göre zor gelebilir. Ama İnternet’in standartlaştırdığı bu yapı, terk edilemez bir omurgadır.

TCP üçlü el sıkışma süreci olmadan veri iletimi neden güvensiz olur?

Üçlü el sıkışma, iki tarafın da konuşmaya hazır olduğunu garanti eder. İstemci SYN gönderir, sunucu SYN-ACK ile yanıtlar. Son olarak istemci ACK gönderir ve bağlantı kurulur.

Bu sayede sahte isteklerle sunucuyu boğmak zorlaşır. Ayrıca sıra numaraları bu süreçte belirlenir. Sonrasında gelen her paket bu numaralarla doğrulanır.

El sıkışma olmazsa paketler rastgele kabul edilirdi. Kötü niyetli taraf, var olmayan bir oturuma veri enjekte edebilirdi. TCP’nin bu katı töreni, güvenliğin ilk adımıdır.

ARP, FTP, HTTP gibi protokoller bu büyük ailenin neresinde yer alır?

Bu aile tam 100’den fazla protokolü barındırır. HTTP, FTP ve SMTP gibi uygulama protokolleri en üst katta çalışır. TCP veya UDP üzerinden veri alışverişi yaparlar.

ARP ise tamamen farklı bir görevdedir. IP adresini fiziksel MAC adresine çevirir. Yerel ağda paketin doğru cihaza ulaşmasını sağlar.

Buna karşın TCP ve IP, taşıyıcı ve yönlendirici görevi görür. Her şey bu iki temel yapının üzerine inşa edilir. Onlar olmadan ne web sayfası açılır ne de dosya transferi başlar.

Günümüzde hâlâ TCP/IP v4 kullanılırken v5 neden atlandı?

Protokolün beşinci sürümü deneysel bir gerçek zamanlı akış protokolüydü. Internet Stream Protocol adıyla anılıyordu. Hiçbir zaman genel kullanıma sunulmadı.

Zaten IPv4’ten IPv6’ya geçiş planlanıyordu. Bu yüzden sürüm numarası 5, ticari olarak atlandı. Araştırma laboratuvarlarında kaldı.

Böylece TCP/IP ailesi, kırk yılı aşkın süredir aynı temel mimariyle çalışır. Vint Cerf ve Robert Kahn’ın 1970’lerde attığı tohum, bugün hâlâ meyve veriyor. Bu istikrar, endüstri için büyük bir nimettir.

TCP/IP Protokolü Nedir? Tanım ve Çalışma Mekanizması