Sicherungsschicht (Link Layer): Aufgaben, Fehlerkorrektur und Frame-Aufbau

Aufgaben der Sicherungsschicht (Link Layer)

• Media Access Control (MAC)
• Fehlerbehandlung

Design für fehlerfreie Kommunikation

• Aufteilung der Datenblöcke, gefolgt von Fehlercodes und einem Detektor, sodass bei einem Fehler nur dieser Block erneut gesendet wird.
• Enthält alle Kontrollinformationen, die der Empfänger zur Rekonstruktion der Daten benötigt.
• Erkennen und Korrigieren von Fehlern im Kommunikationskanal.
• Flusskontrolle (Flow Control).
• Dialogsteuerung (z. B. Abschaltvorgänge).

Design der Sicherungsschicht (Link Layer)

Dies beinhaltet die Bereitstellung von Diensten wie verbindungsorientierte und zuverlässige Kommunikation.

Arten von Fehlern und Lösungsansätze

• Fehlerhafte Daten-Frames: Die enthaltenen Informationen sind nicht korrekt.
  • Lösung: Bestätigungen (ACKs) und Sequenznummern.
• Unvollständige Muster (Frames): Frames sind unvollständig oder nicht klar abgegrenzt.
  • Lösung: Eine Methode, die Frames voneinander unterscheidet (Frame-Begrenzung).
• Nicht empfangene Pakete (Host-Probleme): Pakete gehen verloren.
  • Lösung: Empfangsbestätigung und entsprechende Timer (Timeouts).

Aufbau von Frames (Frame Division)

Asynchrone Signal-Frames bestehen aus:

1. Kopf (Header): Steuerungsinformationen (z. B. Skript, Richtung).
2. Information (Payload): Steuerdaten und Nutzdaten.
3. Ende (Trailer): Redundanz und Abschlusszeichen.

Bestandteile des Frames

• Begrenzung: Zeigt Anfang und Ende des Rahmens an (z. B. STX DLE, DLE ETX).
• Zieladresse (Mailing Address): Physikalische Adresse (MAC-Adresse) von Herkunft und Bestimmungsort.
• Kontrollfeld (Field Control): Typ (Steuerinformation), Sequenz (Sequenznummer des Frames) und Bestätigung (Sequenznummer des eingehenden Frames).
• Daten (Data): Nutzdaten (vom Network Layer).
• Redundanz: Dient der Fehlerbehandlung.

Flusssteuerung (Flow Control)

Tritt auf, wenn der Sender schneller Daten überträgt, als der Empfänger verarbeiten kann.

Lösungsansätze (Workarounds)

1. Der Sender wartet auf die Bestätigung des Empfängers, bevor er weitere Daten überträgt (Stop-and-Wait).
2. Festlegen einer voreingestellten Anzahl aufeinanderfolgender Frames, die ohne Bestätigung gesendet werden dürfen (Sliding Window).

Zugriffsverwaltung (Medium Access Control)

1. Protokolle, die es Stationen ermöglichen, rundenbasiert zu übertragen.
2. Die Sicherungsschicht (OSI Level Data Link) besitzt eine Unterschicht, die als MAC-Unterschicht (Medium Access Control) bezeichnet wird.

Adressierung

Jede Station besitzt eine eindeutige ID, die sie von anderen unterscheidet: die MAC-Adresse (Adresse der Link Layer Unterschicht).

Grundlagen der Codierungstheorie

Code

Eine begrenzte Menge von Symbolen, die bestimmten Vorschriften folgen, um zwischen Sender und Empfänger verstanden zu werden.

Abstand zwischen zwei Wörtern (Hamming-Distanz)

Die Anzahl der Stellen, die in einem Wort geändert werden müssen, um das andere Wort zu erhalten.

Distanz eines binären Codes

Der niedrigste Abstand zwischen allen Codewörtern.

Angrenzende Wörter

Wörter sind angrenzend, wenn ihr Abstand eins beträgt.

Dichter Code (C.denso)

Ein Code mit N Stellen hat 2ⁿ Wörter.

Formeln zur Fehlerkorrektur

• N Fehler korrigieren: d >= 2N + 1
• Länge: N + K
• Hamming-Ungleichung: 2^k >= 2N + K + 1