Aufgaben der Sicherungsschicht FGT-IT-12 Netzwerke planen und installieren Dr. Hergen Scheck, BBS Lüchow

Frame-Erzeugung

Allgemeiner Aufbau von Frames Beginn Header Payload Prüfzeichen Ende Eine spezielle Bitfolge markiert den Beginn eines Frames. Der Header enthält z.B. Adressen oder eine Id des übergeordnetenProtokolls. Hier befinden sich die Daten. Mithilfe von Prüfzeichen können Übertragungs-fehler ermittelt werden. Eine spezielle Bitfolge markiert das Ende eines Frames.

Typische Protokolle der Schichten 1 und 2 OSI-Schicht Einsatzgebiet Frame-Größe (Byte) PPP 2 Einwahl per Modem/ISDN 1508 HDLC ISDN (DSS1), Datex-P(X.25) bis 64 kByte Ethernet 1-2 LAN-Protokoll 46-1526 Token Ring 54-4472 FDDI ATM Breitband-ISDN 53 802.11 Standards für Funknetze 2346 Eine eindeutige Schichtenzuordnung gemäß OSI ist nicht bei allen Protokollen möglich. („Es gibt keine Schichtenpolizei!“)

Verfahren zur Fehlererkennung Paritätsprüfung Aus einem Byte oder einer Folge von Bytes werden Paritätsbits ermittelt. Prüfsummen Aus den Bytes eines Frames wird nach einem vorgegebenen Algorithmus eine Prüfsumme errechnet. Zyklische Redundanzprüfung (CRC) Die Bits eines oder mehrerer Bytes werden als Koeffizienten eines Polynoms P(x) verwendet. P(x) wird durch ein fest vereinbartes Polynom C(x) dividiert. Der Divisionsrest R(x) wird von P(x) subtrahiert: T(x) = P(x) – R(x). Dem Empfänger werden die Koeffizienten von T(x) übermittelt. T(x) muss durch C(x) teilbar sein.

Beispiel: 2-dimensionale Parität

Vergleich der Verfahren Fehlerhafte Bits Rechenaufwand 1 2 3 Burstfehler CRC (Zyklische Redundanzprüfung) 1-dimensionale Parität 2-dimensionale Prüfsummen CRC wird meistens auf der Sicherungsschicht verwendet

Zuverlässige Übertragung Problem: Fehlerhafte, nicht korrigierbare Frames oder verlorengegangene Frames müssen neu gesendet werden. Lösungen: Stop-and-Wait-Algorithmus Sliding-Window-Algorithmus

Stop-and-Wait-Algorithmus Sender Empfänger Timeout Frame ACK Zeit Frame Timeout ACK Bei Stop-and-Wait wartet der Sender nach jedem Frame auf eine Bestätigung (ACK). Die Bandbreite wird hier sehr ineffizient ausgenutzt.

Sliding-Window-Algorithmus Sender Empfänger Frame 1 Timeout 1 Frame 2 Timeout 2 ACK 1 Frame 3 Zeit ACK 2 Frame 4 Frame 2 ACK 4

Größe des Sliding Windows Wie viele Frames können unterwegs sein, bis das ACK für den ersten Frame zurückerwartet werden kann? Frame N Frame 1 Sender Empfänger ACK 1 Antwort: (Faustformel) Größe des Sliding Windows in Frames = 2 * Bandbreite-Laufzeit-Produkt : Framegröße

Sliding-Window-Algorithmus Jeder Frame besitzt eine Sequenznummer und einen Timeout. Läuft der Timeout ab, wird der Frame erneut gesendet. Im Gegensatz zum Stop-and-Wait-Algorithmus werden bis zu N Frames nacheinander gesendet, ohne dass ein ACK empfangen werden muss. N ist die Größe des Sliding Windows. Die Frames im Sliding Window müssen auf dem Sender zwischengespeichert werden, bis ein ACK für diesen oder einen Frame mit höherer Sequenznummer angekommen ist.

Einsatzbereiche des Sliding-Window-Algorithmus Sichere Zustellung Der Algorithmus sorgt dafür, dass fehlerhafte oder nicht erhaltene Frames noch einmal gesendet werden und sichert damit die Zustellung von Frames. Sortieren der Frames Anhand ihrer Sequenznummern können die Frames in der richtigen Reihenfolge sortiert werden. Flusssteuerung Das Protokoll kann so erweitert werden, dass der Empfänger mit jedem ACK seine Speicherkapazität für Frames übermittelt.

Zusammenfassung Die übertragenen Bits werden auf der Sicherungsschicht (Schicht 2) zu Frames gebündelt. Die Sicherungsschicht kümmert sich um die fehlerfreie Übertragung und Zustellung der Frames. Eine weitere Aufgabe der Sicherungsschicht ist die Zugriffssteuerung bei Mehrfachzugriffsnetzen. Diese Verfahren werden anhand konkreter Netzwerke besprochen.