Data Link Layer Rechnernetze Übung SS2010

Transkript

1 Data Link Layer

2 Leitungs-/ Paketvermittlung Topologie Vollvermaschung Wie viele dedizierte Leitungen wären notwendig, wenn man 5, 50 oder 500 Rechner miteinander verbinden möchte? Wie viele km Kabel sind notwendig, wenn die Rechner durchschnittlich 20 km voneinander entfernt stehen? Sternvermaschung

3 Anwendung Darstellung Kommunikationssteuerung Transport Vermittlung Sicherung Bitübertragung Anwendung Transport Internet Rechner- Netzanschluss

4 ?

5 Zuverlässige weitgehend fehlerfreie Übertragung Strukturierung des Bitdatenstromes in Frames Hinzufügen von Folgenummern und Prüfsummen (z.b. CRC) Quittungs- und Wiederholungsmechanismen Codetransparenz

6 Datenflusskontrolle (flow control) Dynamische Anpassung der Geschwindigkeit mit der gesendet werden darf Medienzugriff (media access control) Zugriff auf das Übertragungsmedium gs ed u bei konkurrierenden Teilnehmern muss geregelt werden

7 ?

8 Fehlerfreie, sichere Übertragung Synchronisation: Asynchrone Übertragung Übertragung nicht innerhalb eines größeren Übertragungsrahmens, sondern zeichenweiser Start-Stopp-BetriebS Beispiel: Telexdienst Voraussetzung: Ruhepegel (kennzeichnet z.b. Pause) feste Zahl von Nutzschritten (Länge der Daten) 3-aus-11 Overhead (8 Nutzbitsbei 11 zu übertragenden Bits)

9 Synchrone Übertragung (Blocksynchronisation) Zeichenorientiert (d.h. kleinste Übertragungseinheit ist ein Zeichen, z.b. 8 Bit) z.b. PPP bitorientiert (d.h. kleinste Übertragungseinheit ist 1 Bit) z.b. HDLC, LLC (LAN), LAPD (ISDN) Voraussetzung: Benutzung ng eindeutiger Block-Start-und/oder Block- Endemuster Modifikation/ Rückgängig g g machen entsprechender Muster im Block (Zeichen-/ Bitstopfen)

10 Schema Kontrolldaten Länge Nutzdaten Kontrolldaten Codetransparenz sichergestellt?

11 Kontrolldaten: STX Start of Text ETX End of Text STX Nutzdaten ETX Jede beliebige Information muss sich übertragen lassen, d.h. jede beliebige Bit- bzw. Zeichenkombination

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13 Sonderzeichen DLE Data Link Escape DLE STX Nutzdaten DLE ETX Kann immer noch zu Fehlinterpretation führen Verdoppelung von Sonderzeichen innerhalb der Nutzdaten DLE STX Nutzdaten DLE DLE DLE ETX Tritt Zeichenkette DLE in Nutzdaten auf, wird sie verdoppelt Empfänger interpretiert nur einfaches DLE als Steuerzeichen Bei doppeltem Auftreten wird das künstlich eingefügte DLE wieder gelöscht

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15 Blockbegrenzung ist eine Bitfolge (Flag), z.b Flag Kontrolldaten Nutzdaten Kontrolldaten Flag Sender fügt innerhalb der Nutzdaten nach fünf aufeinanderfolgenden Einsen eine Null ein Empfänger entfernt nach fünf aufeinanderfolgenden Einsen eine Null Blockprüfzeichen zur Fehlererkennung wird vor dem Bit Stuffing erstellt

16 Verwendung von Flags Flags verstoßen bewusst gegen die Leitungscodierung, d.h. sie enthalten eine ungültige Bitfolge

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18 Z.B. ZB übercrc-prüfsumme im Kontrollteil vgl. Lineare/ Zyklische Codes

19 ?

20 Fehlerkorrektur Bestätigung/ Nicht-Bestätigung + Übertragungswiederholung Acknowledgement ACK oder negativ NAK (separate Steuerpakete oder im Datenpacket selbst) Timeout + Übertragungswiederholung

21 Stop and Wait? Sliding Window?

22 Stop and Wait Implizit/ Explizit Sequenznummern 0 und 1 Sliding Window Fenstergröße n

23 IEEE 802.3x

24 ?

25 Aloha/ Slotted Aloha Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection (CSMA/ CD)

26 Wie hat der Datenaustausch zu erfolgen Regeln zur Paketbildung Vorgestellte Schicht h 2 Mechanismen mehr oder weniger umfangreich umgesetzt

27 Slip Einfaches Protokoll zur Übertragung von IP-Paketen Kennzeichnung des Paketendes Point-to-Point Protocol (PPP) Fehlererkennung (CRC) dynamische IP-Adressen-Zuweisung Authentifizierungsmechanismen Aushandeln von Sicherungsschicht-Parametern Modem-/ ISDN-Verbindungen GPRS-/ UMTS-Mobilfunkverbindungen DSL-Verbindungen (PPPoE)

28 ?

29 DIX-Ethernet/ Ethernet II IEEE Ethernet

30 Präambel und SFD Präambel besteht aus einer sieben Byte langen, alternierenden Bitfolge Gefolgt von einem Start Frame Delimiter(SFD) mit der Bitfolge diente einst der Bit-Synchronisation der Netzwerkgeräte alternierendes Bitmuster erlaubte jedem Empfänger eine korrekte Synchronisation auf die Bit-Abstände

31 Ziel-und Quell-MAC-Adresse Zieladresse identifiziert die Netzwerkstation, der die Daten empfangen soll kann auch eine Multicast-oder Broadcast-Adresse sein Quelladresse identifiziert den Sender

32 Typ-Feld (EtherType) gibt Auskunft über das verwendete Protokoll der nächsthöheren Schicht innerhalb der Nutzdaten Werte sind größer als 0x0600 (ansonsten ist das ein Ethernet-I-framemit Längenfeld in dieser Position) spezieller e e Wert et0x zur Kennzeichnung ec geines esvlan-tags Nutzdaten pro Datenblock maximal 1518Byte werden von dem unter Type angegebenen Protokoll interpretiert PAD-Feld wird verwendet, um den Ethernet-Frame auf die erforderliche Minimalgröße von 64Byte zu bringen Präambel und SFD (8Bytes) werden bei Mindestlänge des Frames nicht mitgezählt PAD-Feld wird somit erforderlich, bei Nutzdaten mit weniger als 46 bzw. 42Bytes (ohne bzw. mit 802.1Q-VLAN-Tag) FCS (Frame Check Sequence) stellt eine 32-Bit-CRC-Prüfsumme dar wird über den eigentlichen Frame berechnet, beginnend mit der Ziel-MAC-Adresse und endend mit dem PAD-Feld Präambel, SFD und FCS sind nicht in der FCS enthalten Stimmt empfangene nicht mit selbst berechneter Prüfsumme überein, geht Empfänger von einer fehlerhaften Übertragung aus, der Datenblock wird verworfen

33 ?

34 Hardware-Adresse jedes einzelnen Netzwerkadapters, die zur eindeutigen Identifizierung des Geräts in einem Rechnernetz dient Pakete mit fremder MAC-Adresse können vom Netzwerkadapter direkt verworfen werden und belasten nicht die CPU Netzwerkgeräte brauchen dann eine MAC- Adresse, wenn sie auf Schicht 2 explizit adressiert werden sollen, um Dienste auf höheren Schichten anzubieten

35 Darstellung: ae-fd-7e oder 08:00:20:ae:fd:7e Broadcast-Adresse ff-ff-ff-ff-ff-ff

36 Um Kollisionen sicher feststellen zu können müssen die Datenframes, abhängig von der Leitungslänge, eine bestimmte Mindestlänge haben Beispiel: bei einer Übertragungsrate von 10Mbit/s und einer maximalen Entfernung von 2,5km zwischen zwei Stationen ist eine Mindestlänge von 64Byte (14Byte Header, 46Byte Nutzdaten, 4Byte CRC) vorgeschrieben hi Was passiert, wenn weniger Daten versendet werden sollen?

37 maximale Größe einer Nutzlast in Oktetten (Bytes) welche auf der Sicherungsschicht verwendet und welche dabei als ganzes Stück auf einmal übertragen werden kann(!) für die im OSI-Modell darüber liegende Vermittlungsschicht (Schicht 3) kann die MTU als maximale Paketgröße verstanden werden Framegröße = MTU + Größe der Sicherungsschichtheader beim Ethernet z.b. ist die MTU 1500 Byte emö ermöglicht lihteine e Art Fairness unter den Teilnehmern des Netzwerkes

38 10MBit/s Ethernet 10Base5 (ThickEthernet) 10Base2 (ThinEthernet) 100MBit/s Ethernet (Fast Ethernet) 100Base-T (Twisted-Pair) 100Base-F (Multimode-Glasfaser) 1000MBit/s Ethernet (Gigabit Ethernet) 1000Base-T (4 ungeschirmteadernpaare) 1000Base-CX(2 geschirmte Adernpaare) 1000Base-SX (Multimode-Glasfaser) 1000Base-LX(Multi-/Monomode-Glasfaser)

39 Sicherungsschicht: Bridge Switch (Multiport Bridge)

40 Realisierung einer einfachen Switching-Engine Der Switch besteht aus N Anschlüssen. Jeder Anschluss ist mit der Switching-Engine verbunden. Zur Vereinfachung gibt es maximal 255 Adressen, wobei die Adresse 255 als Broadcast-Adresse verwendet wird. Die Eingabe erfolgt per Kommandozeile. Es wird ein Paketkopf gelesen und entsprechend des Zustandes der Engine entschieden, auf welchen Anschluss das zugehörige Paket geschickt wird. Informationen, die an die Engine geliefert werden, sind Eingangsportnummer (1..N), Absenderadresse (1..255) und Zieladresse (1..255). Die Engine bestimmt daraufhin das Ziel und gibt diese Information aus. Mit der Eingabe von "a" wird die Ausgabe der Adresstabellen ausgelöst.

41 Eine mögliche Beispielsitzung für einen 6-Port-Switch sähe so aus: switch< switch> Ausgabe auf allen Ports switch< switch> Ausgabe auf Port 1 switch< switch> Ausgabe auf Port 4 switch< switch> Ausgabe auf Port 1 switch< switch> Ausgabe auf Port 2 switch< switch> Ausgabe auf Port 6 switch< switch> Ausgabe auf allen Ports switch< a switch> 1: : 32 3: 4: 5: 6: Lösungen an ulrich.halfter@web.de