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Fehler in Rechnernetzen IFB Speyer Daniel Jonietz 2006.

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Präsentation zum Thema: "Fehler in Rechnernetzen IFB Speyer Daniel Jonietz 2006."—  Präsentation transkript:

1 Fehler in Rechnernetzen IFB Speyer Daniel Jonietz 2006

2 dj 2 Worum gehts? Es können verschiedene Fehler auftreten: – Pakete werden bei Übertragung geändert – Pakete gehen komplett verloren – Pakete werden in einer zeitlich anderen Reihenfolge übertragen – Pakete werden dupliziert

3 dj 3 Paketänderungen Was möchte man? – Mindestens: Feststellen, dass ein Fehler vorliegt Paritätsbits, Prüfsummen, CRC – Schön wäre aber auch: Fehler reparieren Hamming-Code, vgl. Skript WBL

4 dj 4 Motivation

5 dj 5 Welche Bitfehler gibt es? Einzelbitfehler – Ein Bit ist gekippt, d.h. falsch Doppelbitfehler – Zwei aufeinanderfolgende Bits sind gekippt Fehlerbündel – N aufeinanderfolgende Bits sind falsch

6 dj 6 Wie stellt man Paketänderungen fest? Grundsätzlicher Lösungsansatz: Einführen von Redundanz – Paritätsbit – Prüfsummen – Redundanzcodes – Hammingcodes Rahmenformat muss geändert werden neue Vereinbarung (Protokoll) nötig

7 dj 7 Allgemeiner Ansatz Sender – wendet Algorithmus auf zu sendende Daten an, dieser liefert die Prüfbits – versendet Nutzdaten und Prüfbits Empfänger – trennt Daten und Prüfbits voneinander – wendet gleichen Algorithmus auf die Nutzdaten an – vergleicht gesendete Prüfbits mit den selbst ermittelten

8 dj 8 Paritätsbits Idee: Ein zusätzliches Bit gibt an, wie viele Bits 1 sind Varianten: – Gerade Parität (Anzahl 1 gerade Parität 0) das PB wird so gesetzt, dass Anzahl 1er gerade – Ungerade Parität (Anzahl 1 ungerade Parität 0) Erfolg: – Es werden nur ungeradzahlige Bitkipper detektiert

9 dj 9 Prüfsummen Verschiedene Varianten – Z.B. einfache Summe modulo 100: – Zwei Prüfstellen, der Einfachheit halber betrachten wir Dezimale – ( =33) – Was taugt dieses Verfahren? – ( =33) !!!

10 dj 10 Zyklische Redundanzcodes (CRC)

11 dj 11 CRC - Details Bitfolgen werden als Polynome aufgefasst Berechnungen erfolgen ohne Berücksichtigung möglicher Überträge Sender und Empfänger einigen sich auf ein Generator-Polynom Prüfbits = Rest der Division Daten / GP Gibt normierte Polynome, z.B. CRC-4

12 dj 12 CRC - Leistungsfähigkeit Beispiel CRC-CCITT G=x 16 +x 12 +x 5 +1 – Entdeckt alle Einzelbitfehler, alle Doppelbitfehler, alle Bitfehler mit ungerader Bitanzahl, alle Fehlerbündel bis zu 16 Bit Länge – Entdeckt 99,997% aller 17-Bit-Fehlerbündel – Entdeckt 99,998% aller Fehlerbündel mit 18 oder mehr Bits

13 dj 13 Woher kommt das CRC-Polynom? Choosing a poly is somewhat of a black art (Ross N. Williams: A painless guide to crc error detection algorithms) Viel Mathematik

14 dj 14 Polynom-Beispiele CRC-16 – (16,15,2,0) Ethernet – (32,26,23,22,16,12,11,10,8,7,5,4,2,1,0)

15 dj 15 Paketverlust: Ursachen Problem: Pakete können verloren gehen – Grenzfall: lange Übertragungsdauer Ursachen: – Empfänger verwirft Paket, weil er einen Fehler feststellt – Empfänger ist nicht in der Lage Paket zu empfangen – Netzwerk verliert das Paket oder leitet es falsch weiter

16 dj 16 Paketverlust: Abhilfe Quittungsbetrieb – Empfänger sendet nach Erhalt eines Paketes ein Quittungspaket an Sender und bestätigt damit den Erhalt des Pakets – Ist das empfangene Paket offensichtlich fehlerhaft, sendet er eine negative Quittung und fordert damit das Paket neu an – Bleibt die Quittung beim Sender aus, so sendet er von sich aus nach einer gewissen Zeit das Paket erneut

17 dj 17 Folgerung aus Quittungsbetrieb Sender – Muss auch empfangen können Empfänger – Muss auch senden können

18 dj 18 Datenfluss Simplex – A kann nur senden, B nur empfangen Halbduplex – A und B können senden und empfangen, aber nie gleichzeitig (Voll-)Duplex – A und B können senden und empfangen, sogar gleichzeitig

19 dj 19 Geänderte Paket-Reihenfolge Idee: Sequenznummern – Sender nummeriert die versendeten Pakete durch – Empfänger ist dann anhand der Nummern in der Lage, die Reihenfolge wieder herzustellen

20 dj 20 Duplikate von Paketen Ursache: – Z.B. langsames Paket: Sender sendet nach Timeout ein Paket erneut Idee: Sequenznummern – Zwei aufeinander folgende Pakete mit der gleichen Sequenznummer dürften nicht auftreten – Duplikat kann gelöscht (verworfen) werden

21 dj 21 Send and Wait - Protokoll (auch: Stop and Wait-Protokoll) Sender – Sendet Paket – Wartet auf Quittung Empfänger – Empfängt Paket – Prüft, ob er Fehler feststellen kann – Sendet entsprechend negative / positive Quittung

22 dj 22 Weitere Probleme … Die Quittung geht (wiederholt) verloren – Z.B. wenn Empfänger grundsätzlich nicht senden kann – Sender würde endlos lange versuchen, das Paket zu übertragen Lösung: – Hat der Sender N-mal versucht ein bestimmtes Paket zu senden gibt er auf. Anderer Ansatz: Mittels 3-Wege-Handshake die Quittung bestätigen


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