Data Link und Physical Layer

Data Link Layer: Funktionen und Unterschichten

Die Data Link Layer (Schicht 2) ermöglicht den Datenaustausch über ein gemeinsames lokales Medium. Sie bietet zwei grundlegende Dienste:

• Ermöglicht höheren Schichten den Zugriff auf Medien (z. B. durch Framing).
• Steuert die Platzierung und den Empfang von Daten auf/von Medien (z. B. Medienzugriffskontrolle).

Schlüsselbegriffe der Data Link Layer

• Frame: Die PDU (Protocol Data Unit) der Data Link Layer.
• Knoten: Netzwerkteilnehmer der Schicht 2 in einem gemeinsamen Medium.
• Medium/Medien (physisch): Physische Mittel zur Informationsübertragung.
• Netzwerk (physisch): Zwei oder mehr Knoten, die mit einem gemeinsamen Medium verbunden sind.
• Fehlererkennung

Physisches vs. Logisches Netzwerk

Ein physisches Netzwerk verbindet Geräte über gemeinsame Medien. Logische Netzwerke (definiert in der Netzwerkschicht durch hierarchische Adressierung) können über physische Netzwerke hinweg existieren. Ein physisches Netzwerk wird manchmal auch als Netzwerksegment bezeichnet.

Unterschichten der Data Link Layer

Die Data Link Layer wird oft in zwei Unterschichten unterteilt:

• Obere Unterschicht (LLC - Logical Link Control):
  • Definiert Softwareprozesse, die Dienste für die Netzwerkprotokolle bereitstellen.
  • Identifiziert das verwendete Netzwerkprotokoll (z. B. IP, IPX) im Frame.
  • Ermöglicht mehreren Layer-3-Protokollen, dieselbe Netzwerkschnittstelle und Medien zu verwenden.
• Untere Unterschicht (MAC - Media Access Control):
  • Definiert die Prozesse für den Medienzugriff, die von der Hardware ausgeführt werden.
  • Bietet Adressierung und Abgrenzung von Daten gemäß den Signalisierungsanforderungen des Mediums.

Typische Felder im Frame-Header

• Frame-Start: Zeigt den Beginn des Frames an.
• Quell- und Zieladresse: Gibt Quell- und Zielknoten an.
• Priorität/Dienstqualität: Gibt eine bestimmte Art von Kommunikationsdienst an.
• Typ: Gibt den Dienst der oberen Schicht an.
• Logische Verbindungssteuerung: Wird verwendet, um eine logische Verbindung herzustellen.
• Physische Verbindungssteuerung: Wird verwendet, um die Verbindung zu den Medien herzustellen.
• Flusskontrolle: Startet und stoppt den Datenverkehr.
• Staukontrolle: Zeigt Staus in den Medien an.

Physical Layer: Komponenten, Codierung, Signalisierung

Hauptfunktionen der Physical Layer

1. Physische Komponenten: Die elektronischen Hardware-Geräte, Medien und andere Verbinder, die Signale übertragen und empfangen.
2. Datenkodierung: Konvertiert Datenbits in einen vorgegebenen Code zur Übertragung.
3. Signalisierung: Erzeugt elektrische, optische oder Funksignale, die "1" und "0" darstellen. Definiert, welche Art von Signal einen Bitwert repräsentiert.

Manchester-Codierung

Anstatt Bits als einfache Spannungsimpulse darzustellen, verwendet die Manchester-Codierung Spannungsübergänge zur Darstellung von Bitwerten. Dies verbessert die Erkennung von Bitfehlern.

Signalmuster zur Frame-Erkennung

Frames werden mit spezifischen Signalmustern gestartet und beendet, die von der Physical Layer erkannt werden. Bits, die nicht Teil dieser Muster sind, werden ignoriert.