Bilgisayar ağlarının oluşumu ve tarihçesi incelendiğinde, bugün bildiğimiz şekliyle tasarlanan ilk ağ oluşumu, ABD Savunma Bakanlığı bünyesinde geliştirilen paket dağıtım ağı ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network - Gelişmiş Araştırma Projeleri Dairesi Ağı)'tir. ARPANET, soğuk savaş sırasında, askeri ve stratejik öneme sahip olan bilgilerin birçok istemci arasında paylaşılabilmesini sağlamak amacıyla geliştirilmiştir. ARPANET, veri iletişiminde günümüzde de kullanılan paket anahtarlama yönteminin ilk örneği olması dolayısıyla, bugün kullanılmakta olan İnternet ağının da öncülü ve atasıdır.

Bilgisayarlar arası haberleşmede mesaj biçimi, sırası, gönderim ve alım esnasında yapılması gerekenleri tanımlamakta kullanılan kurallar öbeğine protokol denir.

Telefon şebekeleri analog veri olan ses sinyallerini taşımaya yönelik olarak tasarlanmıştır. Bu nedenle sayısal veri telefon şebekesi üzerinde, ses sinyallerine dönüştürülerek aktarılmaktadır. Çevirmeli bağdaştırıcı olarak da adlandırılan 56 Kbps hızındaki modem cihazları ile gönderici bilgisayarda sayısal veri ses sinyallerine dönüştürülmüş, alıcı bilgisayarda ise tersine bir işlem yapılarak yine modem cihazı yardımıyla ses sinyalleri, sayısal verilere dönüştürülmüştür. Bu sayede, telefon şebekesi üzerinden iki bilgisayar arasında veri transferi gerçekleştirilmiştir.

Ağ ortamına dâhil olan bilgisayar sayısı, ağın büyüklüğünü belirler. Büyüklüklerine göre ağlar, aşağıda açıklanan yedi farklı kategoride incelenebilir:

• PAN (Personal Area Network - Kişisel Alan Ağları)
• LAN (Local Area Network - Yerel Alan Ağı)
• MAN (Metropolitan Area Network - Şehirsel Alan Ağı)
• WAN (Wide Area Network - Geniş Alan Ağı)
• VPN (Virtual Private Network - Sanal Özel Ağ)

Ağ topolojisi, bilgisayar ve aracı cihazların yardımıyla oluşturulan bilgi ağında, yine bilgisayar ve yardımcı cihazların yerleşimi ve birbirleriyle olan bağlantılarının yapısı anlamına gelir.

Sık görülen ağ topolojileri şunlardır:

• Ortak Yol (BUS)
• Halka (Ring)
• Örgü (Mesh)
• Ağaç (Tree)
• Yıldız (Star)

Yıldız (Star) topolojisinde bir merkez dağıtıcı cihaz ve ona direkt bağlı düğümlerden oluşmaktadır. Merkez dağıtıcı cihaz olarak genellikle bir Anahtarlama Cihazı (Switch) kullanılmaktadır. Kablosuz kullanım durumunda ise dağıtıcı cihaz yerini Erişim Noktası (Access Point) cihazına bırakmaktadır.

Ağı oluşturan düğümlerin birbirleri ile olan haberleşme ortamlarına bağlantı ortamı denir. En sık kullanılan bağlantı ortamı teknolojileri ATM, FDDI, Token Ring (Andıçlı Halka) ve Ethernet olarak sıralanabilir?

Günümüzde en yaygın kullanılan bağlantı ortamıdır. Genellikle yerel alan ağlarında kullanılmaktadır. İlk olarak XEROX firması tarafından geliştirilen Ethernet, zaman içerisinde standartlaşarak günümüze kadar gelmiştir. Temeli, bir kablo vasıtasıyla bilgisayarların birbirine bağlanması ve veri alış verişine imkân sağlanması mantığına dayanmaktadır. Farklı hızlarda ve kablo türlerinde kullanım desteği de yaygınlaşmasında önemli rol oynamıştır.

Katmanlı ağ mantığını ilk standartlaştıran, OSI (Open System Interconnection - Açık Sistemler
Bağlantısı) modelidir. OSI modeline göre ağ yapısı yedi farklı katmandan oluşmaktadır:

• Uygulama Katmanı (Application Layer)
• Sunum Katmanı (Presentation Layer)
• Oturum Katmanı (Session Layer)
• Taşıma (Ulaşım) Katmanı (Transmission Layer)
• Ağ Katmanı (Network Layer)
• Veri Bağlantısı Katmanı (Data Link Layer)
• Fiziksel (Donanım) Katman (Physical Layer)

OSI modeli referans alınarak geliştirilen TCP/IP modeli ise günümüz ağ bağlantılarında en yaygın
kullanılan model haline gelmiştir. OSI modelindeki bazı katmanların görevlerinin paylaştırılarak
ya da birleştirilerek azaltılması esasına dayanmaktadır. OSI modelinde bulunan yedi katman yerine, işlemleri aynı şekilde yerine getiren dört katman, TCP/IP modelinin katmanlarıdır.

• Uygulama Katmanı
• Taşıma (Ulaşım) Katmanı
• Ağ Katmanı
• Ağ Erişim Katmanı

Uygulama katmanı, protokoller modelinin en üstünde yer alarak, uygulamaların ağ ortamını kullanabilmesini sağlamaktadır. Farklı uygulamalar için farklı ağ protokolleri bu katmanda yer almaktadır. Özellikle bilgisayarlar üzerinde kullanılan uygulamaların sayısı ve çeşitliliği göz önüne alındığında, en fazla protokol içeren katman, uygulama katmanıdır.

Uygulama tarafından gönderilerek uygulama katmanı tarafından gerekli protokollere göre düzenlenen veri, taşıma katmanına geçirilmektedir. Bu katman, bir anlamda verinin kendisinin düzenlenmesi ile veriye bakılmaksızın gönderme işlemini gerçekleştiren üst ve alt katmanlar arasında köprü vazifesi görmektedir. Bu katmanda yer alan çoğu protokol de TCP ve UDP'nin farklı özelliklerini alarak oluşturulmuştur.

UDP (User Datagram Protokol - Kullanıcı Veri Bloğu Protokolü) en basit taşıma katmanı protokolüdür. Verileri, öncesinde herhangi bir bağlantı oluşturmaksızın göndermekte, güvenilirlik ve sıralama aranmamaktadır. Bu protokolde paket teslim garantisi yoktur. 8 Bayt'lık başlık büyüklüğü, protokolün hafifliği konusunda avantaj sağlamaktadır. UDP basit bir protokol olmasına karşın, iletim
süresinin kısalığı, yani hızı sayesinde uygulamacılar tarafından tercih sebebi olmaktadır.

En gelişmiş taşıma katmanı protokolü olan TCP (Transmission Control Protocol - İletim Kontrol Protokolü), verilerin alıcı bilgisayara eksiksiz, sıralı ve güvenilir bir şekilde ulaşmasını garanti etmektedir. Alıcıdan onaylama mesajı alınamayan paketler kayıp kabul edilerek tekrar gönderilir. Alıcı bilgisayarın tampon belleğini (buffer) aşacak kadar hızlı ve çok paket gönderimi yapılmaz.

Ağ Katmanı, temelde başka bir ağa gönderilmek istenen verinin alıcıya ulaşmasından sorumludur. En önemli özelliği IP adreslerinin bu katmanda tanımlanmasıdır. IP adresleri, ağa bağlı her bir cihaz için birbirinden farklı olan sayılardır.

Aynı ağa bağlı iki cihazın, aynı anda veri göndermeleri çarpışma (Collision) olarak adlandırılmaktadır
ve bu durum gerçekleştiğinde her iki veri de kullanılamaz duruma gelmektedir. Veri gönderiminden önce hattı dinlemek, eğer hat dolu ise beklemek, hat boş ise veri gönderimine başlamak MAC protokollerinin işlevleriyle sağlanır.

UTP Kablo (Unshielded Twisted Pair - Korumasız Bükümlü Çift): Günümüz İnternet altyapısının yerel alan ağlarında kullanımı sıklıkla görülen kablo türüdür. İçerisinde Turuncu, Turuncu Beyaz, Yeşil, Yeşil Beyaz, Mavi, Mavi Beyaz, Kahverengi, Kahverengi Beyaz olmak üzere dört adet çift, bükümlü şekilde bulunmaktadır. Bükümlü olması, çevresel elektrik akımlarından etkilenmemesini sağlamaktadır. RJ45 adı verilen konnektörler yardımıyla Ethernet kartlarına bağlantı yapılmaktadır.

En hızlı ve en uzak mesafe veri iletimine imkan sağlayan kablo türü olan fiber optik kablo plastik bir ceketin içerisinde ışığın geçebilmesine olanak sağlayan plastik ya da cam fiberlerden oluşmuş bir yapıya sahiptir. Gönderici taraf kablonun çeşidine göre, led ışık kaynağı ya da lazer ışık kaynağı olabilmektedir. Alıcı taraf bir fotodiyottur. Işığın algılanması “1”, ışık olmaması ise “0” kodlaması esasına göre çalışmaktadır. 

Wi-Fi ağların kullanımında en büyük sorun, ağa yetkisiz kişilerin dahil olmasıdır. Bunu önlemek için ağ kaynağına çeşitli şifreleme algoritmalarıyla erişim kontrolü uygulanabilmektedir.

• WEP (Wired Equivalent Privacy - Kabloya Eşdeğer Mahremiyet)
• WPA (Wi-Fi Protected Access - Wi-Fi Korumalı Erişim)
• WPA2
• WPS (Wi-Fi Protected Setup - Wi-Fi Korumalı Kurulum)