Fehler in Rechnernetzen IFB Speyer Daniel Jonietz 2006

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 dj

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

Motivation dj

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

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

Allgemeiner Ansatz Sender Empfänger 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 dj

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 dj

Prüfsummen Verschiedene Varianten Z.B. einfache „Summe“ modulo 100: Zwei Prüfstellen, der Einfachheit halber betrachten wir Dezimale 06 23 04 33 (06+23+04=33) Was taugt dieses Verfahren? 08 20 05 33 (08+20+08=33) !!! dj

Zyklische Redundanzcodes (CRC) dj

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 dj

CRC - Leistungsfähigkeit Beispiel CRC-CCITT G=x16+x12+x5+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 dj

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 dj

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

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 dj

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 dj

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

Datenfluss Simplex Halbduplex (Voll-)Duplex 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 dj

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

Duplikate von Paketen Ursache: Idee: Sequenznummern 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 dj

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 dj

Weitere Probleme … Die Quittung geht (wiederholt) verloren Lösung: 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 dj