MMuKS I

Sicherungsschicht

Sicherung der Bitübertragung durch Erkennen und Beheben von Fehlern durch:

• Rahmenbildung
  • Bitstopfen
• Verbindungssteuerung
  • Aufbau, Halten, Abbau
• Zugriffssteuerung (über MAC-Adressen)
  • CSMA/CD (Abhörung und Kollisionsentdeckung)
• Flusskontrolle
• Fehlerbehandlung

Geschieht z.B. in:

• Routern
• Switchs
• Bridges

Sender- und Empfängererkennung durch MAC-Adressen.

Bitübertragungsschicht

Übertragung von Bits zwischen benachbarten Systemen (Endsysteme bzw. Transitsysteme). Festlegung geeigneter elektrischer, mechanischer, prozeduraler Eigenschaften.

Anwendung der Manchestercodierung, differenzieller Manchestercodierung oder 4B/5B-Codierung.

Geschieht z.B. in:

• Routern
• Switchs
• Bridges

Vermittlungsschicht:

Finden eines Weges zwischen den kommunizierenden Endgeräten und Übertragung der Daten.

Bsp.: Routing über IP-Protokoll (Dijkstra-Algorithmus)

Geschieht z.B. in:

• Routern

Sender- und Empfängererkennung durch IP-Adressen.

Auch die Flusssteuerung spielt in Schicht 3 eine Rolle.

Transportschicht:

• Logische End-zu-End-Verbindung über Sockets.
• Sockets sind die Verbindung zwischen den Ports (0 - 65535) der Endsysteme.
• Ports sind die Verbindungen zu Prozesse die in beiden Endsystemen laufen müssen (z.B. Port 80 zu HTTP=der Browser).
• Übertragungsprotokolle sind:
  • TCP - Verbindungsorientiert
  • UDP - Nachrichtenorientiert

TCP = Verbindungsorientiert:

• Überprüft die Reihenfolge der Pakete und
• das wirklich jedes Paket auch wirklich 1 mal ausgeliefert wurde
• nutzt hierfür z.B. das ARQ-Protokoll

UDP - Nachrichtenorientiert:

• Keinerlei Überprüfung auf Vollständigkeit der Pakete
• z.B. Internetradiostreaming

Bereitstellung anwendungsdienlicher Kommunikationsfunktionen.

Ist ein Fehlerbehandlungsprotokoll.

Kombiniert sowohl Fehlerrkennung als auch Fehlerbehebung.

Verfahren:

1. Stop and Wait (ACK / NACK)
2. Go Back N
3. Selective Repeat

Funktionsweisen:

• Nummerierung
• Zeitsteuerung
• Quittierung
• Fenster (Sliding Window = Flusssteuerung)

• Leitungsvermittlung
• Zellvermittlung
• Paketvermittlung

Synchron:

• Sender und Empfänger verfügen über gemeinsamen Takt
• Takt kann durch eigene Taktleitung übermittelt werden (in der Rechnerkommunikation unüblich) oder es können selbsttaktende Verfahren verwendet werden (üblich), die die Bitsynchronisation (s.u.) herstellen.

Asynchron:

• es besteht kein gemeinsamer Takt
• Bits werden in kleine Gruppen (z.B. Byte) zusammengefasst und mit Start und Stoppbit versehen.
• Zwischen zwei Bitfolgen kann beliebig viel Zeit liegen
• asynchrone Verfahren sind nicht sehr leistungsfähig

Simplex:

• Übertragung nur in eine Richtung, keine Reaktionsmöglichkeit für Empfänger (Fernsehen Radio)

Halbduplex:

• Beide Partner können Sender und Empfänger sein. Es kann aber nicht gleichzeitig in beide Richtungen gesendet werden.

Vollduplex:

• In beide Richtungen kann gleichzeitig gesendet und empfangen werden.

Seriell:

• Nur eine Leitung für alle Bits
• Minimaler Kabelaufwand, bei großen Strecken wichtig
• Bei der Rechner- und Telekommunikation üblich

Parallel:

• Bits werden über mehrere Leitungen gleichzeitig versendet
• Innerhalb eines Rechners oder zur Anbindung von peripheren Geräten

• einfache Kupferkabel
• Kupferkoaxialkabel
• Lichtwellenleiter

• elektrische Signale
• Licht
• Radiowellen

• Transportnetz (Kernnetz)
• Zugriffsnetz
• lokales Netz

Vom lokalen Netz (z.B. Heim-LAN) werden über das Zugriffsnetz (z.B. Weg vom 1&1-Router zum nächsten Einwahlknoten von 1&1) auf das eigentliche Kernnetz Daten übertragen.

• BUS-förmig (Daten werden immer an  alle gesendet - so wie ein Broadcast)
• Ringförmig (Tokenring)
• Sternförmig (heutzutage üblich)
• vermascht
  • teilvermascht
  • vollvermascht (jeder mit jedem)

Dient zur Flusssteuerung in den Schichten 3 und 4, in Ausnahmen auch in Schicht 2, und bestimmt die Größe des "Sliding Window" im Go-Back-N-Verfahren des ARQ-Protokolls.

Basisband:

• Der gesamte Frequenzbereich eines Mediums wird von den Nutzsignalen genutzt.

Breitband:

• Der Frequenzbereich wird in mehrere unabhängige Kanäle zerlegt.

Zeitmultiplexing:

• Der Quelle wird das Medium für eine gewisse Zeit zur Übertragung zu Verfügung gestellt.

Frequenzmultiplexing:

• Gesamte Bandbreite des Mediums wird in Teile zerlegt und diese als unterschiedliche Kanäle zur Verfügung gestellt. Innerhalb eines Kanals kann wieder Zeitmultiplexing angewandt werden.

Wellenlängenmultiplexing:

• Wellenlängenspektrum wird in Kanäle zerlegt.

Manchestercodierung:

• In der Mitte des Signals immer ein Pegelwechsel.
• 0 = ↑   ;   1 = ↓
• dementsprechend muss der Anfang "vorbereitet" werden

Differenzielle Manchestercodierung:

• In der Mitte des Signals immer ein Pegelwechsel.
• Nur bei 0 am Anfang ein Pegelwechsel 

Vorteile:

• Sendetakt ist direkt aus den Daten zu entnehmen

Nachteile:

• Bandbreite wird um die Hälfte reduziert

• Verlust von Datenpaketen
• Doppelte Pakete
• Falsche Reihenfolge
• Fehler durch Signalverfälschung

Leitungsvermittlung:

• durchgehende Leitung, nur von Teilnehmer nutzbar
• feste Bandbreite (synchron)
• keine Zwischenspeicherung
• keine Datenanpassung
• Bsp.: ISDN

Paketvermittlung:

• Daten werden über Paket mit variabler, begrenzter Länge versendet
• werden Netz zur Weiterleitung übergeben
• Zwischenspeicherung
• first-in-first-out
• Bsp.: Frame-Relay, Ethernet, Internet (PPP, HDLC, X.25)

Zellvermittlung:

• Daten werden über Zellen mit fester, relativ geringer Länge versendet
• Bsp.: ATM

Mehrere Maschinen nutzen ein gemeinsames Medium. Aufgabe der Zugriffssteuerung ist es eine ungestörte Kommunikation zu gewährleisten.

Zuteilung:

• fest: Bandbreite in festem Verhältnis aufgeteilt
• variabel: Zuteilung anhand Übertragungsbedarf
• zentral: zentrale Station, die Zuteilung vornimmt
• dezentral: Konkurrenzphase(⇒ Reihenfolge) + Übertragungsphase (Übertragung der Daten)

Konkurrenz:

• keine Zuteilung des Senderechts, jede Station darf jederzeit senden, erst wenn Fehler ⇒ Handlung

Hierbei handelt es sich um ein Zugriffsverfahren, speziell ein modifiziertes Konkurenzverfahren.

1. Prüfe ob Medium frei ist.
2. Wenn nein, gehe zu 1.
3. Wenn ja, sende sofort.
4. Medium abhorchen
5. Ist Kollission aufgetreten?
6. Nein = fertig
7. Ja = Berechne Wartezeit bis zum erneuten senden (0 ≤ i ≤ 2^k + 1, k = Kollissionen, i *51,2 µs (512Bit = 64Byte, entspricht 10000000 MBit/s))
8. weiter mit 3.

Repeater/Hub:

• Gerät mit dem Stationen sternförmig verbunden sind, Anschluss = Port
• Sendet via Broadcast

Brücke:

• Gerät mit zwei Ports
• Verbindung von 2 LAN-Segmenten (Ethernet)
• Annahme der Daten an Port 1, Weitergabe über Port 2 und umgekehrt
• speichert Absenderadresstabelle um "sinnlosdaten" im Netz zu vermeiden = Lastseparierung
• Multibridge hat mehr als zwei Ports

Switch:

• Weiterentwicklung der MultiBridge
• zunächst Broadcast, wenn Port bekannt ist, dann Unicast durch Adressspeicherung in Adresstabelle

Kopplung heterogener Netze:

• unterschiedliche LAN-Techniken (z.B. Token-Ring und Ethernet) an Ports ⇒ gleichzeitiger Nutzung beider Techniken

Verlängerung von Ethernet-Netzen:

• Übernahme eines Paketes aus Kollisionsraum, Weitergabe in anderen Kollissionsraum, verhält sich wie Endgerät

Lastseparierung:

• lernt Lage der Stationen aus Absenderadressen
• Weiterleitung von Daten nur, wenn notwendig

Filtern:

• Filterung des Verkehrs aufgrund gewisser Einträge (Adressen, etc.)

Ziel: zum Datenaustausch Kontakt zwischen zwei Endsystemen herstellen (Weg zur Weiterleitung der Pakete)

Bewertungskriterien für Routingalgorithmen:

• Korrekt (Immer funktionstüchtig)
• Einfach (geringe Ressourcenbelastung)
• Robust (auch nach partiellem Ausfall funktionstüchtig)
• Fair (alle Netzknoten gleich bedient)
• Optimal (bester Weg hinsichtlich Metrik)

Kriterien für Metrik:

• Durchsatz
• Fehlerrate
• Kosten
• Reaktionszeit
• Verzögerung

Nicht adaptiv (statisch):

• Routen werden im Voraus berechnet und festgelegt ohne Berücksichtigung der aktuellen Situation

Adaptiv (dynamisch):

• zentralisiert: Routingentscheidung wird zentral gefällt
• isoliert: Routingentscheidung wird von einem Router gefällt ohne sich mit anderen abzustimmen
• verteilt: Routingentscheidung wird unter Abstimmung der beteiligten Router gefällt
  • Distanzvektor
  • Link State Routing

Verbindungslos:

• Datagramme treffen in unterschiedlichen Systemen ohne Ankündigung ein, jedes Datagramm für sich, System weiß nicht ob weitere folgen

Fehlerbehaftet:

• Fehler bei Übertragung ⇒ Verwerfen des Datagramms

Segmentieren und Blocken:

• Datagramm = 64, Übertragung aber nur mit kleinen Paketen möglich ⇒ Zerlegung der Datagramme