Sicherungsschicht

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Die Sicherungsschicht ist die zweite Schicht des OSI Architekturmodells und die unterste in der eine Steuerung der Datenübertragung erfolgen kann. Da an die Sicherungsschicht nur noch einzelne Bits von höheren Schichten übergeben werden können, ist eine Hauptaufgabe die Umsetzung zwischen der zeichenweisen und der bitweisen Informationsdarstellung. In der Bitübertragungsschicht ist die Sicherung lediglich auf die Erkennbarkeit der Bits ausgerichtet. Daher müssen in der Sicherungsschicht Sicherungsverfahren zur Erkennbarkeit der Informationen eingebaut sein.

Sie zählt zu den netzwerkorientierten Schichten.

Inhaltsverzeichnis 1 Position im OSI Modell 2 Funktionen und Dienste der Sicherungsschicht 3 Fehlererkennung 4 Fehlerbehandlung 5 Protokolle der Sicherungsschicht 6 Quellen

Position im OSI Modell

Schichtnummer	Schichtname
7	Anwendungsschicht (application layer)
6	Datendarstellungsschicht (presentation layer)
5	Kommunikationssteuerungsschicht   (session layer)
4	Transportschicht (transport layer)
3	Netzwerkschicht (network layer)
2	Sicherungsschicht (link layer)
1	Bitübertragungsschicht (physical layer)

Funktionen und Dienste der Sicherungsschicht

1.	Verbindungsbehandlung
	* Verbindungsauf- und -abbau	F	D
	* Addressierung	F	D
	* Quality of Service (QoS)	F	D
	* Verbindungsaufspaltung	F
2.	Datenübertragung
	* Anbieten von SDU´s		D
	* Zuordnung von (2)-SDU zu (2)-PDU	F
3.	Ãœbertragungssicherheit
	* Fehlererkennung	F
	* Fehlerbehandlung	F
	* Fehleranzeige		D
4.	Ãœbertragungssteuerung
	* Sequenzbildung und -kontrolle	F	D
	* Flusskontrolle	F	D
5.	Sonstige Funktionen
	* Management	F

Fehlererkennung

1. ITU-T-Alphabet Nr. 3

Beim ITU-T-Alphabet Nr. 3 wird jedes Zeichen in eine 7Bit-Folge umgewandelt die jeweils aus drei „1“-Bits und vier „0“-Bits besteht. Besteht ein Zeichen aus einer anderen Bit-Kombination so erkennt die Empfangsinstanz einen Übertragungsfehler. Verfälschungen von mehreren Bits können nicht erkannt werden, wenn daraus wieder drei „1“-Bits und vier „0“-Bits entstehen. Verfälschungsbehandlung ist grundsätzlich nicht möglich. Dabei wird das Fernschreibealphabet verwendet, welches 32 Zeichen besitzt. Diese könnten eigentlich in fünf Bits dargestellt werden. Das heisst es müssen 40% mehr Bits übertragen werden.

Paritätsergänzung

Bei der Paritätsergänzung wird an jedes Zeichen ein Bit angehängt. Die Anzahl der „1“-Bits wird gezählt. Das angehängte Bit kann auf „0“ oder auf „1“ gesetzt werden. Ist die Anzahl aller „1“-Bits in der erweiterten Bitfolge nun gerade, so so spricht man von gerader Paritätsergänzung. Ist sie ungerade, so spricht man von ungerader Paritätsergänzung. Dieses Verfahren wird meist bei asynchronen Übertragungen verwendet. Damit kann man ungeradzahlige Bitfehler erkennen( jedoch nicht korrigieren).

Zyklische Codes

Bei der sogenannten zyklischen Redundanzprüfung(Cyclic Redundancy Check, CRC) werden Codewörter aus k Datenbits und r Kontrollbits erstellt. Die Kontrollbits werden dabei mit Hilfe eines Erzeugerpolynoms aus den Datenbits berechnet. Diese n Bits(k+r Bits) bilden zusammen das Codewort c, welches als CRC Wert bezeichnet wird. Vor Beginn der Übertragung bzw. Kopie eines Blocks der Daten wird dieser CRC-Wert berechnet. Nach Abschluss der Transaktion wird der CRC-Wert erneut berechnet. Anschließend werden diese beiden Prüfwerte verglichen. CRC ist so ausgelegt, dass Fehler bei der Übertragung der Daten, wie sie beispielsweise durch Rauschen auf der Leitung verursacht werden könnten, fast immer entdeckt werden.

Fehlerbehandlung

Generell kann man die Fehlerbehandlung in Fehlerbehandlung beim Empfänger und Absprache zwischen Sender und Empfänger unterteilen.

1. Fehlerbehandlung beim Empfänger

1.1 Selbstkorrigierende Codes

Jedem Wert zwischen 0 und 15 wird ein Codewort zugewiesen (d.h. 75% mehr übertragene Bits). Der Empfänger führt drei Paritätstests von jeweils vier bestimmten Bits (6,4,2,0/5,4,1,0/3,2,1,0) des Codeworts durch. Aus diesen errechneten Paritätsbits lässt sich ablesen, ob, und wenn ja wo ein Fehler im Codewort aufgetreten ist. Dies nennt sich Vorwärtsfehlerkorrektur.

1.2 Kombination von Längs- und Querparität

An jedes Datenwort wird ein Paritätsbit angehängt(Längsparität). Nach acht übertragenen Datenworten wird ein Paritätsprüfwort übertragen(Querparität). Längs- und Querparitäten ergänzen den 'Datenblock' auf gerade oder ungerade Parität. Dadurch entsteht ein Alphabet der Hamming-Distanz d=4. Durch dieses Verfahren ist die automatische Korrektur eines „1“-Bit Fehlers möglich. Der Schnittpunkt der nicht korrekten Längs- und Querparitäten zeigt das genaue Fehlerbit an. Der Mehraufwand beträgt 26,5%(82 statt 64 Bit)

									Pq											Pq											Pq
	0	1	0	1	0	1	0	1	1			0	1	0	1	0	1	0	1	1			0	1	0	1	0	1	0	1	1
	1	0	1	0	1	0	1	0	1			1	0	1	0	1	0	1	0	1			1	0	1	0	1	0	1	0	1
	0	0	0	0	0	0	0	0	0	<-		0	0	0	0	0	0	0	0	0	<-		0	0	0	0	0	1	0	0	0	<-
	0	1	0	0	0	0	1	0	1			0	1	0	0	0	0	1	0	1			0	1	0	0	0	0	1	0	1
	0	1	1	0	1	1	1	0	0			0	0	1	1	0	1	1	1	0			0	0	1	1	0	1	1	1	0
	1	1	1	1	1	1	1	1	1			1	1	1	1	1	0	1	1	1	<-		1	0	1	1	1	0	1	1	1	<-
	0	0	0	0	0	0	0	0	1			0	0	0	0	0	0	0	0	1			0	0	0	0	0	0	0	0	1
	0	0	0	1	0	1	0	1	0			0	0	0	1	0	1	0	1	0			0	0	0	1	0	1	0	1	0
P1	1	1	0	1	1	1	1	1				1	1	0	1	1	1	1	1	1			1	1	0	1	1	1	1	1	1
		^											^				^							^				^
1-Bit-Fehler: korrigierbar											2-BIT-Fehler: erkennbar, nicht korrigierbar											4-Bit-Fehler: u.U. nicht erkennbar

2. Absprache zwischen Sender und Empfänger

Bei dieser Art der Fehlerkorrektur treten Sender und Empfänger in einen festgelegten Dialog, nachdem vom Empfänger ein Fehler festgestellt wurde. Hierzu gibt es verschiedene Verfahren.

2.1 aktive Fehlerkontrolle

Der Sender sendet ein Datum an den Empfänger. Beim korrekten Empfang quittiert der Empfänger dem Sender diesen. Ist ein Fehler aufgetreten schickt der Empfänger eine Rückfrage an den Sender. Der Sender schickt nun erneut das ursprünglich fehlerhafte Paket und kennzeichnet es als Wiederholung. Der Empfänger bestätig bei korrekter Übertragung den Empfang des Pakets. Kann der Sender ein geschicktes Signal des Empfängers nicht interpretieren, so schickt auch er eine Rückfrage an den Empfänger. Dieser wiederholt dann die Bestätigung oder die Rückfrage. Kann eine der beiden Seiten das Signal überhaupt nicht empfangen, tritt ein Deadlock auf.

2.2 passive Fehlerkontrolle

Bei einer korrekt empfangen Sendung verhält sich der Empfänger wie bei der aktiven Fehlerkontrolle und schickt ein Bestätigung an den Sender. Ist das empfangene Datum jedoch fehlerhaft, bleibt der Empfänger passiv und tut nichts. Bekommt der Sender innerhalb einer festgelegten Zeit keine Bestätigung, so sendet er automatisch das letzte Datum noch einmal. Ein Problem kann entstehen, wenn beim Sender die Wartezeit zu kurz gewählt ist.

2.3 Fenstermechanismus

Im Vergleich zu den vorangegangen Fehlerkontrollen hat der Sender beim Fenstermechanismus einen gewissen Spielraum(Fenster), in dem er eine festgelegte Anzahl von Nachrichten senden kann ohne eine Bestätigung durch den Empfänger abzuwarten. Die gesendeten Nachrichten werden fortlaufend nummeriert. Alle im Rahmen dieses Fensters gesendeten Nachrichten bleiben bis zur Bestätigung im Sendepuffer vorhanden. Erfolgt die Quittung einer Nachricht vom Empfänger trägt sie immer die Nummer des nächsten Datenblocks, den die Empfangstelle erwartet. Die Quittierung eines gesendeten Datums vergrößert gleichzeitig das Fenster des Senders. Die Änderung des Fensters ist in einem speziellen Parameter in den Protocol Controll Information(PCI) festgelegt. Ist das Ende des Fensters erreicht, wird beim Sender ein Timer aktiviert. Ist dieser abgelaufen, gibt es abhängig vom Protokoll verschiedene Möglichkeiten:

• komplette Wiederholung aller noch nicht quittierten PDUs
• Verbindungsabbruch
• Statusanfrage

Bei der Statusanfrage handelt es sich um einen spezielle Protocol Data Unit (PDU), die die Aufgabe hat eine momentan blockierte Verbindung aufrecht zu erhalten. Auf eine Statusanfrage gibt es folgende Antwortmöglichkeiten:

• Receive Not Ready(RNR): Bestätigung, dass gerade kein Empfang möglich ist, aber der Defekt behoben wird
• Receive Ready (RR): Bestätigung, dass Empfang möglich ist, wobei die Nummer des nächsten erwarteten Datums anzugeben ist.
• keine Reaktion, worauf eine endliche Wiederholung der Statusanfrage erfolgt

Protokolle der Sicherungsschicht

1. Start-Stopp-Protokoll

Zugrunde liegt eine asynchrone Datenübertragung, bei der die wenigen Steuerzeichen gesondert von den eigentlichen Daten übertragen werden. Ein Spezialfall ist das XON-XOFF-Protokoll. Hier werden nur die beiden Stuerzeichen DC1(XON)und DC3(XOFF) des ITU-T-Alphabets Nr.5 benutzt. Der Sender schickt ein XON-Signal und danach zeichenweise die Daten. Der Empfänger kann die Datenübertragung unterbrechen, in dem er ein XOFF-Signal schickt(wenn z.B. der Empfangspuffer voll ist). Es wird erst wieder gesendet, wenn der Empfänger ein XON-Signal geschickt hat.

2. HDLC-Protokoll(High-Level-Data-Link-Control)

Beim HDLC-Protokoll gibt es drei unterschiedliche Varianten:

• Normal Response Mode (NRM)
• Asynchronous Response Mode (ARM)
• Asynchronous Balanced Response Mode (ABM)

Der Unterschied zwischen diesen Varianten liegt an der Stellung der kommunizierenden Datenendeinrichtungen(DEE). NRM ist eine Master-Slave Konfiguration, bei ARM ist jede DEE sowohl Master als auch Slave für das jeweilige Gegenüber, das heisst es existiert für jede Übertragungsrichtung eine eigene logische Verbindung. Bei ABM kann eine einzelne logische Verbindung in beide Richtungen genutzt werden.

Quellen

• Skript Datenkommunikation SS 05