Schicht 2: Verbindungssicherungs-Schicht

Merkmale der Verbindungssicherungs-Schicht:

Wegen der Fehlerkontrolle benötigt man dazu Pakete.

Für vermaschte Netze sind diese Funktionen der Verbindungssicherungsschicht ausreichend: die Verbindung genau einer Station mit einer anderen wird auf der Bitübertragungsschicht durch feste Verkabelung oder Vermittlung (switching) hergestellt. Bei Broadcast-Netzen stellt die Bitübertragungsschicht aber keine Verbindung zwischen genau zwei Stationen her, deshalb hat das IEEE die Zwischenschicht Medium Access Control Sublayer (MAC) eingeführt. Der MAC dient bei Broadcast-Netzen dem Zweck, Pakete genau von einer Station zur anderen zu übertragen. Den über dem MAC liegenden Rest der Verbindungssicherungsschicht nennt man Logical Link Control (LLC).

Die IEEE 802.2 Working Group unterteilte den Data Link Layer des OSI für LANs also in zwei Sublayer:

Merkmale der Verbindungssicherungsschicht im Unterschied zur Bitübertragungsschicht:

Aufgaben der Verbindungssicherungs-Schicht:

• Knoten-zu-Knoten-Flusskontrolle (node to node flow control): In der Verbindungs-Sicherungsschicht wird der Datenfluss zwischen zwei Knoten überwacht, nicht der Datenfluss im ganzen Netzwerk. Zur Verbindungs-Sicherungsschicht gehört auch meist nicht das Herstellen der Verbindung zwischen zwei Knoten. Zur Aufgabe der Verbindungs-Sicherungsschicht kann aber das logische (nicht physikalische) Aktivieren von zwei Knoten gehören (z.B. nach HDLC)
• Zugriffssteuerung (access control): bei LANs und ISDN
• Sequenzbildung (sequencing): zeitlicher Ablauf zum korrekten Ablauf der Datenübertragung sowie Vorgehen bei Fehlern in diesem Ablauf
• Adressierung (adressing): bei einigen Verfahren
• Fehlererkennung (error detection) formaler Fehler: d.h. aufgrund dieser Fehlererkennung wird nicht festgestellt, ob die empfangenen Daten richtig oder falsch sind, sondern ob die empfangenen Daten identisch mit den gesendeten Daten sind
• Formatierung (formating) bzw. Rahmenbildung (framing): in Daten, Steuerzeichen usw.

Funktionen innerhalb der Verbindungssicherungs-Schicht:

• Bildung von Datenblöcken (Framing)
• Fehlerkontrolle (Error Control)
• Datenflusssteuerung (Flow Control)
• Verwaltung der Verbindung (Link Management)

Protokolle für die Verbindungssicherungs-Schicht:

OSI Service Definition:

• ISO DIS 8886: Data link service definition, entspricht X.212

WAN:

• ATM (Asynchronous Transfer Mode)

LAN:

• ISO 8802.2: Logical Link Control (LLC): Die IEEE 802.2 Working Group unterteilte den Data Link Layer des OSI für LANs in zwei Sublayer:
  • Schicht 2.2: Logical Link Control (LLC): allen standardisierten LANs gemeinsam: ISO 8802.2
  • Schicht 2.1: Media Access Control (MAC) -- Mediumzugriffssteuerung: Protokoll-spezifisch: ISO 8802.3 (CSMA/CD); 8802.4 (Token-Bus); 8802.5 (Token-Ring)

Packet-switched data network:

• X.212: Data link service definition for open systems interconnection for CCITT applications

Public-switched telephone network:

• T.71: Link access protocol balanced (LAPB) extended for half-duplex physical level facility

ISDN:

• I.440; I.441: ISDN link layer aspects and specifications

Schicht 2.1: Media Access Control (MAC) -- Mediumzugriffs-Steuerung

Arten der Zuteilung eines Zugriffs auf das Übertragungsmedium:

• fixe Zuteilung: der Zugriff wird nach einem festen Zeitschema für eine feste Zeitdauer zugeteilt (z.B. Time Division Multiplexing)
• variable Zuteilung:
  • zufällige Zuteilung: Die Station versucht bei Bedarf mit einer anderen zu kommunizieren. Gelingt dies nicht, wird der sendenden Station ihr Misserfolg mitgeteilt, und sie versucht es erneut. z.B. CSMA/CD: Ethernet und ISO 8802.3
  • geregelte Zuteilung: jede Station erhält nach einer mehr oder weniger festen Zeit die Möglichkeit, mit einer anderen zu kommunizieren. z.B. Token-Verfahren: Token-Bus, Token-Ring, FDDI

Eine andere Einteilung der Mediumzugriffssteuerung:

• zentrale Zugriffsverfahren: ein zentrales Gerät erteilt Zugriffsberechtigung
• dezentrale Zugriffsverfahren: es existiert keine zentrale Steuerungseinrichtung, die Stationen müssen untereinander "aushandeln", wer den nächsten Zugriff erhält:
  • deterministische dezentrale Zugriffsverfahren: sobald eine Station den Zugriff belegt, kann keine andere Station den Zugriff mehr beanspruchen. Damit alle Stationen gleiche Chancen haben, gibt es eine Reihenfolgeregelung und ein oberes Zeitlimit für die Dauer der Zugriffsberechtigung.
    Das wichtigsten deterministische Zugriffsverfahren ist:
    • Token Ring
  • nicht-deterministische dezentrale Zugriffsverfahren: der Zugriff erfolgt nicht koordiniert, sondern konkurrierend: es kann zur Kollision von gesendeten Paketen kommen: dann werden beide Pakete zerstört und die beiden Sendevorgänge werden wiederholt.
    Das wichtigste nicht-deterministische Zugangsverfahren ist:
    • CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

Media Access Control (MAC) -- Mediumzugriffs-Steuerung in Broadcast-LANs

Medienzugriff:

Logische Topologien verwenden besondere Regeln, die steuern, wann Netzwerkelemente Datensignale senden dürfen. Dieser Steuerungsprozeß wird Medienzugriff genannt.
Man kann kein Netzwerk betreiben wenn man nicht die Effekte von Kollisionen steuern oder unterbinden kann. 
Netzwerke benötigen einige Methoden, um Kollisionen oder Interferenzen zwischen gleichzeitigen Signalen zu verhindern. 
Medienzugriffsmethoden beschreiben Regeln, die festlegen, wann Netzwerkgeräte senden dürfen:

• Konkurrenzbetrieb
• Token-Übergebende Systeme
• Abfragen (Polling)
  

Konkurrenzbetrieb:

Konkurrenzbetrieb-Systeme basieren auf der Grundlage, dass der Medienzugriff nach dem Motto „Wer zu erst kommt, mahlt zu erst“ erlaubt werden sollte. Mit anderen Worten: Jedes Netzwerkgerät kämpft um die Kontrolle über das Medium.
Konkurrenzbetrieb-Systeme sind so ausgelegt, dass alle Geräte im Netzwerk senden können, wann sie wollen.

Aus dieser Praxis heraus können eventuell Datenverluste aus Kollisionen entstehen. Jedes neu in das Netzwerk eingefügte Gerät erhöht die Kollisionsgefahr linear. Um die Anzahl der Kollisionen zu verringern wurden neuere Konkurrenzbetrieb-Protokolle entwickelt, bei denen die Stationen erst in den Kanal „hinein hören“ müssen, bevor sie senden. Wenn die „zuhörende“ Station ein Signal entdeckt, wartet sie mit der Übertragung. Diese Protokolle werden CSMA-Protokolle (Carrier Sense Multiple Access-Protokolle) genannt.

• CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection
• CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access /Collision Avoidence (vermeidbar) 

Vor / Nachteile des Konkurrenzbetrieb

Vorteile	Nachteile:
Die Software ist relativ einfach und benötigt wenig Gesamtaufwand	Prioritäten können nicht vergeben werden
Sofortige und vollständige Kontrolle über das Medium, solange kein anderes Netzwerkgerät Zugriff hat.	Kollisionen nehmen linear mit der Anzahl der Geräte zu
	Zugriffszeiten sind nicht vorhersagbar

MAC-Adresse:

Jede LAN-Station hat eine einmalige Adresse, die MAC-Adresse (so genannt, weil der MAC Sublayer diese Adresse definiert).

Die einmalige Adresse wird auf der Netzwerkkarte auf einem PROM vom Hersteller eingebrannt. Sie besteht aus einem von der IEEE zugeteilten Zahl für den Hersteller, sowie einer einmalig vom betreffenden Hersteller vergebenen Zahl (Vgl. ISBN).

Jedes Datenpaket enthält zwei physikalische Adressen:

• Bestimmungsadresse (destination adress). Die Bestimmungsadresse kann sein
  • eine einmalige Adresse
  • eine Gruppenadresse (multicast adress)
  • eine Broadcast-Adresse (an alle Netzwerk-Stationen gerichtet).
• Herkunftsadresse (source adress)

Traditionelle LANs sind Broadcast-orientiert, d.h.

• jede LAN-Station kann jedes Datenpaket "sehen"
• jede Adresse in einem LAN ist einmalig
• jedes vorbeikommende Datenpaket wird daraufhin überprüft, ob die Bestimmungsadresse mit der Adresse der betreffenden LAN-Station übereinstimmt

Moderne LANs verwenden Vermittlungstechniken, um das LAN zu segmentieren und durch Broadcasting verursachten unnötigen Datenverkehr zu reduzieren. Dazu verwendet man vor allem schnelle Layer-3-Switches

Zugriffsverfahren:

Grundsätzlich sind bei Broadcast-LAN's folgende Zugriffsverfahren in Gebrauch:

• dezentrale Zugriffsverfahren: es existiert keine zentrale Steuerungseinrichtung, die Stationen müssen untereinander "aushandeln", wer den nächsten Zugriff erhält:
  • deterministische dezentrale Zugriffsverfahren:
    • Token-Verfahren: "elektronischer Staffettenstab"
    • Daisy-chain-Verfahren: "Ringelreigen": Zugriff in Reihenfolge der Anforderung
  • nicht-deterministische dezentrale Zugriffsverfahren:
    • CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (s.unten)
    • CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance: preiswertere, aber langsamere Variante von CSMA
• zentrale Zugriffsverfahren:
  • Demand Priority Access Method: bei 100 Mbit/s Ethernet 100VG- AnyLAN). Die Zugriffsverwaltung liegt bei einem zentralen Hub. Die Workstations fordern beim Hub   Zugriff an. Der Hub teilt gemäß der Priorität die Zugriffe zu.

CSMA/CD:

CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection.

Abb.: Schematische Darstellung des CSMA/CD-Zugriffsverfahrens

Ethernet und ISO 8802.3

Ethernet und ISO 8802.3 sind weitgehend, aber nicht vollkommen identisch: sie haben eine unterschiedliche softwarebedingte Paketstruktur. Meist wird Ethernet als Oberbegriff sowohl für Ethernet im engeren Sinn als auch für ISO 8802.3 verwendet. TCP/IP und DECnet verwenden Ethernet im engeren Sinne, AppleTalk und Novell Netware verwenden ISO 8802.3. Ethernet im engeren Sinne erlaubt nur connectionless services, ISO 8802.3 erlaubt auch connection-oriented services.

Kurzcharakteristik von Ethernet:

Abb.: Ethernet-Karte

Datenblatt ISO 8802.3:

• Bandbreite: 10 Mbps (Megabit <Millionen Bit> pro Sekunde)
• Höchstzahl der LAN-Stationen: 1024
• Höchstentfernung zwischen zwei Stationen: 2,8 km
• größtmögliche Netzwerkausdehnung: 2,8 km
• logische Topologie: Bus
• physikalische Topologie: Stern, Bus, hierarchischer Stern
• Übertragungsmedium: Glasfaser, Koaxialkabel, nicht - abgeschirmter verdrillter Zweidrahtleiter (UTP)
• Zugriffsmethode: CSMA/CD
• Anzahl von Datenpaketen, die gleichzeitig auf dem Netzwerk unterwegs sind: 1
• Anzahl der Datenpakete, die pro Zugriff gesendet werden können: 1
• Höchstgröße des Datenpaketes: 1518 Byte

Fast Ethernet (IEEE 802.3u)

Fast Ethernet ist traditionelles CSMA/CD mit 100 MBit/Sekunde über verdrillten Zweidrahtleiter. Fast Ethernet unterstützt auf der Bitübertragungsschicht folgende Übertragungsmedien:

• 100Base-TX: zwei Paar verdrillte Zweidrahtleiter
• 100Base-T4: vier Paar Telefonleitungen
• 100Base-FX: Lichtwellenleiter

Gigabit Ethernet (IEEE 802.3b und 802.3z)

Gigabit Ethernet unterstützt CSM/CD sowie das Datenformat von Ethernet. So können die meisten vorhandenen Ethernet-Installationen weiterhin benutzt werden.

Durch die Verwendung von Hochleistungs-Switches werden zwischen den Datenstationen dedicated Verbindungen hergestellt, so dass Collision Detection (CD) faktisch nicht nötig ist. CSM/CD wurde nur wegen der Abwärtskompatibilität mit traditionellem Ethernet beibehalten. Gigabit Ethernet hat keine Prioritätsmechanismen und auch keinen Quality of Service. Trotzdem wird behauptet, es eigne sich auch für zeitkritische Anwendungen (Echtzeit-Multimedia).

Gigabit Ethernet ist inzwischen über Entfernungen von 110 km möglich. In den USA sind bereits mehrere Städte und Knotenpunkte über Gigabit-Ethernet und Monomode-Lichtwellenleiter miteinander problemlos verbunden. Auch Universitätsnetze nutzen Gigabit-Ethernet.

Im Juni 1998 verabschiedetet IEEE folgende Standards für die Bitübertragungsschicht von Gigabit Ethernet:

• 1000Base-SX: Multimode Lichtwellenleiter
• 1000Base-LX: Mono- und Multimode Lichtwellenleiter
• 1000Base-CX: geschirmter verdrillter Zweidrahtleiter

In Vorbereitung ist ein Standard für Gigabit-Ethernet über Kupferkabeln (IEEE 802.3ab -- 1000BaseT).

Weiterführende Ressourcen zu Gigabit Ethernet:

Organisationen:

• Gigabit Ethernet Alliance. -- URL: http://www.gigabit-ethernet.org/.  ["The Gigabit Ethernet Alliance is an open forum whose purpose is to promote industry cooperation in the development of Gigabit Ethernet"]

Token-Bus (ISO 8802.4)

Im Gegensatz zu Ethernet ist Token-Bus ein Broadband-Verfahren, d.h. es kann gleichzeitig über mehrere Kanäle auf dem gleichen Breitband-Koaxialkabel gesendet werden. Das Token folgt einem logischen Ring. ARCNET ist ein Token-Bus-Netzwerk, allerdings nicht konform mit ISO 8802.

Token-Ring (ISO 8802.5)

Token-Ring wurde von IBM entwickelt und war lange Zeit die einzige Zugriffsmethode, die von IBM unterstützt wurde. 1985 wurde Token-Ring durch das IEEE standardisiert.

Datenblatt ISO 8802.5:

• Bandbreite: 4 bzw. 16 Mbps (Megabit <Millionen Bit> pro Sekunde)
• Höchstzahl der LAN-Stationen: 250
• Höchstentfernung zwischen zwei Stationen: 300 m (empfohlen: 100 m)
• größtmögliche Netzwerkausdehnung: 300 m / 100 m
• logische Topologie: Einfachring
• physikalische Topologie: Ring, Stern, hierarchischer Stern
• Übertragungsmedium: Glasfaser, abgeschirmter oder nicht-abgeschirmter verdrillter Zweidrahtleiter
• Zugriffsmethode: Token
• Anzahl von Datenpaketen, die gleichzeitig auf dem Netzwerk unterwegs sind: 1 (bei 4 Mbps); mehrere (bei 16 Mbps)
• Anzahl der Datenpakete, die pro Zugriff gesendet werden können: 1
• Höchstgröße des Datenpaketes: 4500 Byte (bei 4 Mbps), 17800 Byte (bei 16 Mbps)

FDDI -- Fiber Data Distributed Interface (ANSI X3T9.5)

FDDI kann bis zu 500 DASs (Dual Attachement Station) oder bis zu 1000 SASs (Single Attachement Station) verbinden. 100Mpbs. FDDI ist eine Zugriffsmethode, die ein Token verwendet und gleichzeitig den Zugriff auf das Übertragungsmedium (Kabel) zeitlich beschränkt. Der Umgang mit dem Token ist ähnlich wie bei Token-Ring (wenn auch die Formate, Algorithmen usw. in beiden Fällen sehr unterschiedlich sind). Der wesentliche Unterschied ist, dass eine Station, die das Token bekommen hat, so lange Datenpakete senden darf, bis eine bestimmte Zeitspanne abgelaufen ist.

FDDI hat als logische Topologie einen gegenläufigen Doppelring. Wenn ein Teil des Rings ausfällt rekonfiguriert sich der Doppelring an den betroffenen Knoten selbst zu einem einfachern geschlossenen Ring. Dadurch ist FDDI nicht so störungsanfällig wie sonstige Ringtopologien.

Abb.: FDDI-Ringstruktur und ihre Wirkung beim Ausfall eines Teilnetzes

FDDI teilt die Bitübertragungsschicht (Physical Layer) des OSI-Referenzmodells in zwei Unterschichten:

Datenblatt FDDI:

• Bandbreite: 100 Mbps (Megabit <Millionen Bit> pro Sekunde)
• Höchstzahl der LAN-Stationen: 500
• Höchstentfernung zwischen zwei Stationen: 2 km bzw. 20 km
• größtmögliche Netzwerkausdehnung: 100 km
• logische Topologie: Doppelring, Doppelring von Bäumen
• physikalische Topologie: Ring, Stern, hierarchischer Stern
• Übertragungsmedium: Glasfaser
• Zugriffsmethode: Token, zeitlich begrenzt
• Anzahl von Datenpaketen, die gleichzeitig auf dem Netzwerk unterwegs sind: mehrere
• Anzahl der Datenpakete, die pro Zugriff gesendet werden können: mehrere
• Höchstgröße des Datenpaketes: 4500 Byte

FDDI-II:

FDDI ist für Netzwerke gedacht, die für Echtzeit-Multimedia-Übertragungen geeignet sein müssen. Man erreicht dies durch Multiplexing-Techniken, die die Bandbreite in 16 Kanäle aufteilen, welche für Dedicated Circuits bis zu 99 Mbit/Sekunde genutzt werden können.

CDDI -- Copper Distributed Data Interface:

CDDI folgt dem FDDI-Standard, nutzt aber als Kabel nicht-abgeschirmte verdrillte Zweidrahtleiter (bis 100 m zwischen den Knoten)

Weiterführende Ressourcen zu FDDI:

Organisationen:

• University of New Hampshire InterOperability Lab FDDI Consortium . -- URL: http://www.iol.unh.edu/consortiums/fddi/. -- Zugriff am 7.6.1999. -- ["Its purpose is to provide a neutral environment in which product developers can test and debug FDDI devices to insure proper behavior in a multi-vendor network."]

Demand Priority Access Method: 100VG-AnyLAN   (IEEE 802.12)

VG steht für Voice Grade, d.h. ein relativ minderwertiges Kabel (höchstens Kategorie 3). 100VG-AnyLAN setzt eine sternförmige Topologie voraus. Alle Stationen sind mit einem Hub verbunden. Eine Station, die senden will, muss eine Meldung an den Hub schicken. Der Hub entscheidet zentral, ob gesendet werden darf oder nicht. Man kann unterschiedliche Prioritätsstufen definieren und auch einzelnen Stationen dauerhaft oder temporär bestimmte Prioritätsstufen zuordnen; z.B. kann man einer Station für die Dauer einer Echtzeitübertragung (Video) höchste Priorität einräumen. 100VG-AnyLAN unterstützt sowohl das Ethernet-Paketformat als auch das Token-Ring-Paketformat.

LocalTalk

LocalTalk ist das LAN-Protokoll, das in Apple-Computern realisiert ist. Es ist ein Bussystem über  verdrillten Zweidrahtleiter (Telefonkabel) mit Daisy-chain-Verfahren ("Ringelreigen": Zugriff in Reihenfolge der Anforderung).

Wireless LANs (siehe auch Kapitel Hardwaretechnik - Wireless Lan)

Für drahtlose (wireless) LANs gibt es unterschiedliche, oft proprietäre Protokolle. Für Einzelheiten wird auf die weiterführenden Ressourcen verwiesen.

Weiterführende Ressourcen zu Wireless LANs:

• WLANA - The Wireless LAN Alliance.  URL: http://www.wlana.com/. -- ["The Wireless LAN Alliance (WLANA) is a non-profit consortium of wireless LAN vendors established to help educate the market place about wireless LANs and their uses. WLANA develops educational materials about wireless LAN users' experiences, applications and industry trends."]
• Wireless LAN Interoperability (WLI)  Forum. URL:http://www.wlif.com/. -- ["The Wireless LAN Interoperability Forum was formed to promote the use of wireless LANs through the delivery of interoperable products and services at all levels of the value chain. "]

VLANs -- Virtual LANs:

Schicht 2.2: Logical Link Control (LLC)

Die Logical Link Control definiert die Standardschnittstelle für den Zugriff höherer Protokollschichten auf die Leistungen der LAN-Subsysteme.

LLC-Standard ISO 8802.2 ist ein Subset des High-Level Data-Link Control (HDLC) Protokolls. LLC verwendet die Spezifikation Asynchronous Balanced Mode (ABM). ABM ermöglicht Peer-to-peer-Kommunikation auf einem LAN. LLC ist unabhängig von den Zugriffsmethoden, es ist also über Ethernet, Token-Ring, FDDI u.ä. anwendbar. ISO 8802.2 ist so konzipiert, dass verbreitete LAN/WAN-Protokolle wie TCP/IP, XNS, NetWare u.ä. mit ihm kompatibel sind.

LLC Nach ISO 8802.2 kann auf drei verschiedene Arten implementiert werden:

• LLC1: nur nichtbestätigter verbindungsloser Service (Unacknowledged connectionless mode service) (verwendet von NovellNetware; TCP/IP; OSI und meiste andere Netzwerk-Protokolle)
• LLC2: connectionless (nach LLC1) und connection-oriented operation (entwickelt für serielle, unzuverlässige Verbindungen; verwendet von den IBM Token-Ring-Protokollen NetBIOS, SNA)
• LLC3: connectionless service with acknowledgements (selten implementiert)

LLC-Kopffeld nach ISO 8802.2

Die wichtigsten Informationen im LLC-Kopffeld sind die Angaben über den Dienstzugangspunkt -- Service Access Point (SAP) beim Sender (SSAP) und beim Empfänger (DSAP).

Der Dienstzugangspunkt (SAP) identifiziert den Dienst auf einer Netzwerkstation, von dem ein Datenpaket kommt bzw. an den es geht. Alle SAP sind durch das IEEE normiert. Wichtige Dienste im Sinne des SAP sind z.B.:

• Novell NetWare
• NetBIOS
• TCP/IP
• IBM Network Management
• SNAP
• OSI

Der SAP ermöglicht es, dass auf einer einzelnen Netzwerkstation mehrere Dienste implementiert sind (z.B. Novell NetWare und TCP/IP).

LLC1: SubNetwork Access Protocol (SNAP)

Die häufigste Implementierung von LLC1 ist das SubNetwork Access Protocol (SNAP), eine Unterabteilung von ISO 8802.2. Es ermöglicht, dass jedes höhere Protokoll über jedem der ISO 8802.x LANs (8802.3 - CSMA/CD; 8802.4 - Token-Bus; 8802.5 -- Token-Ring) laufen kann. Jedes Protokoll kann SNAP benutzen und so ein Pseudo-ISO/IEEE-Protokoll werden. SNAP wird unterstützt von: Novell NetWare, TCP/IP, AppleTalk und vielen anderen.

High-level data link control (HDLC) (ISO)

HDLC gehört zu den umfassenden Data-Link-Layer-Protokollen. Diese Protokolle enthalten auch Anteile des MAC-Sublayer wie z.B. Fehlerkontrolle. Fast alle umfassenden Data-Link-Layer-Protokolle stammen von IBMs SDLC (Synchronous Data Link Control) ab.

HDLC ist untergliedert in:

• LAPM für Modems: Link access procedure for modems (LAPM)
• LAPB für Verbindung zu Packet-switching network: Link access procedure balanced (LAPB) (X.25)
• LAPD für ISDN: Link access procedure D-channel (LAPD) ITU-T (CCITT) / ISO Q.921
  • LAP E/F: ITU-T (CCITT) Q.922 bzw. I.122
  • ISDN Frame Relay: ITU-T (CCITT) Q.931
• MTP Level 2 für ISDN: Message Transfer Protocol (Level 2): Teil von SS7 (Signaling System 7)
• LLC für LAN's: Logical link control (LLC)

Frame Relay:

Frame Relay ist eine Paket-Vermittlungs- (packet-switching) Technologie. Bei Frame Relay werden Frames (Datenpakte variabler Größe) über eine vorgegebene Route von einem Punkt zu einem anderen über vorprogrammierte Switches (Weichen)  transportiert. Da Frame Relay auf OSI-Ebene 2 arbeitet, d.h. die Wege einmal programmiert werden und nicht mittels Routing-Protokollen (OSI-Schicht 3) jeweils ermittelt werden müssen, ist Frame Relay sehr schnell.

Mit Frame Relay kann man Virtuelle Private großflächige Netzwerke bilden. Man mietet beim Telekommunikations-Anbieter Permanent Virtual Circuits (PVC -- ständige virtuelle Verbindungen) mit einer bestimmten Datenrate (CIR -- Committed Information Rate = garantierte Übertragungsgeschwindigkeit)) zwischen 56 KBit/SEkunde und 45 MBit/Sekunde).

Als Anschlussgeräte braucht der Nutzer FRADs (Frame Relay Access Device). Ein FRAD kapselt die Datenpakete in Frames (Pakete variabler Länge) und sendet sie über den vorprogrammierten Weg zum Empfänger. Beim Empfänger entfernt das FRAD den Frame und übergibt die Datenpakete an das LAN. Ein FRAD ist ähnlich wie ein Router, es muss aber nicht die Route aufgrund von Routing Protokollen festlegen, sondern bildet Frames mit der Information über die vorprogrammierte Route, den Permanent Virtual Circuit (PVC).

Ein Permanent Virtual Circuit (PVC -- ständige virtuelle Verbindung) hat folgende Eigenschaften:

• es ist eine logische Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen den Standorten des Nutzers
• es hat nur kurze Verzögerung, da unterwegs keine Routing-Entscheidungen getroffen werden müssen
• permanent bedeutet, dass die Verbindung vom Provider vorprogrammiert ist; die Verbindung muss nicht für jede Sitzung neu berechnet oder erstellt werden
• die Endpunkte eines PVC sind konstant, man kann sie aber innert weniger Stunden umprogrammieren (z.B. bei Ortswechsel der Geschäftsstellen)
• Provider können PVCs auch für einmalige Ereignisse (z.B. Konferenzen) einrichten

Während X.25, das "klassische" Protokoll für Datenpaket-Vermittlung über Telekom-Anlagen, von störanfälligen Leitungen ausgeht und deswegen unterwegs häufig Fehlerkontrolle und Fehlerbehebung durchführt, geht Frame Relay von zuverlässigen Übertragungsmedien aus, hat unterwegs selten Fehlerkontrolle und überlässt die Fehlerbehebung den höheren Protokollen an den Endstellen (Sender und Empfänger). Dies ist einer der Gründe warum Frame Relay schneller ist als X.25, aber auch der Grund, warum X.25 in vielen Länden mit schlechter Leitungsinfrastruktur weiterhin in Gebrauch ist.

Seit kurzem bieten Frame-Relay-Provider auch Switched Virtual Circuits (SVC) -- virtuelle Wählverbindungen an. Damit ist die Wählverbindung (wie beim Telefon) zwischen allen Punkten mit FRADs möglich. Dies macht Frame-Relay für Telefonverkehr (Voice over Frame Relay) interessant. Bis vor kurzem war die Telefonqualität aber wegen Verzögerungsproblemen und Problemen mit der Komprimierung schlecht. Seit 1997 scheinen diese Probleme gelöst zu sein.

Aufbau eines Frame Relay Frame:

Flag	Verbindungsinfo	Datenpaket	Checksumme	Flag
1 Byte	2 bis 4 Bytes	0 bis 4000 Bytes	2 Bytes	1 Byte

Cell Relay

Cell Relay ist eine Paket-Vermittlungs- (packet-switching) Technologie, die analog zu Frame Relay ist. Der wesentlichste Unterschied ist:

• Frame Relay arbeitet mit Datenpaketen variabler Größe (Frames)
• Cell  Relay arbeitet mit Datenpaketen konstanter Größe (Cells)

Eine Cell hat die feste Größe von 53 Bytes. Die konstante Größe der Cells ermöglichst sehr schnellen Datendurchsatz im Vergleich mit Frame Relay (denken Sie an die Probleme bei einer Verkehrsampel, wenn dort gleichzeitig Großlaster und Kleinwagen warten).

Cell Relay ist connection oriented: eine Anfangs-Cell erstellt einen Verbindungsweg, alle darauffolgenden Cells folgen diesem vorgegebenen Weg (kein Routing mehr nötig!).

Cell Relay verbunden mit schnellem Switches (Weichen) und Glasfaserkabeln ermöglicht sehr schnelle Datenverbindungen.

Die zur zeit gebräuchlichste Cell-Relay-Technik ist ATM.

ATM -- Asynchronous Transfer Mode

ATM gehört zu OSI-Layer 2, wurde aber aus systematischen Gründen schon im Kapitel der Schicht 1  im Zusammenhang mit B-ISDN behandelt.

Anhang: DQDB -- Distributed Queue Dual Bus

DQDB ist ein IEEE 802.5 Standard für MANs (Metropolitan Area Networks). DQDB verwendet zwar Cells, ist aber im Gegensatz zu ATM ein connectionless service, d.h. kein Cell Relay. Er wird international als SDMS, in Deutschland als Datex-M angeboten:

"Datex M ist ein Hochgeschwindigkeitsservice der Deutschen Telekom, der Bandbreiten bis zu 34 Mbit/s abdeckt. Datex M basiert auf dem internationalen Standard SMDS (Switched Multimegabit Data Service). Als erster weltweit standardisierter Breitbandservice ist dieses Verfahren besonders auf die LAN-to-LAN-Kommunikation und die Vernetzung von Großrechnern zugeschnitten. Im Gegensatz zu T-Net ATM handelt es sich bei Datex M um einen verbindungslosen Service. Jede Datenzelle sucht sich selbst den günstigsten Weg durch das Netz. Erst am Ziel werden die einzelnen Zellen wieder zu einer vollständigen Datei zusammengefügt"

Fibre Channel

Fibre Channel ist ein ANSI-Standard von 1995 für flexible Datenübertragung im Gigabit-Bereich, der die Verbindung von Hochgeschwindigkeits-Computer-Komponenten (Peripheriegeräte, Mainframes, medizinische Bildgebungstechniken usw.) in einer relativ lokalen Umgebung (bis 10 km zwischen zwei Knoten) ermöglicht. Fibre Channel hat Merkmale eines Netzwerkes, ist aber kein Netzwerk im klassischen Sinn.

Fibre Channel unterstützt Übertragung in variablen Datengrößen: große Datenblöcke müssen nicht in kleinere Pakete aufgeteilt werden. Übertragungsraten von über 100 MB/Sekunde in beide Richtungen sind möglich.

Fibre Channel transportiert die Daten über Fibre Channel Switches (Weichen) in Paketen variabler Länge.

Fibre Channel ermöglicht Storage Area Networks (SAN) (seit 1998 entwickelt), d.h. Netzwerke, in denen Speicherressourcen in Echtzeit von allen Servern und Clients in direktem Zugriff genutzt werden können.

Fibre Channel ermöglicht den Aufbau von Netzwerken mit unterschiedlichen Topologien und Verbindungstechniken sowie auch von Point-to-Point-Verbindungen.

Als Übertragungsmedien werden Lichtwellenleiter und verdrillte Zweidrahtleiter verwendet.

Für die Implementation von Fibre Channel ist das Jahr 2000 vorgesehen.

Die Verbindungssicherungsschicht im Internet:

SLIP -- Serial Line Internet Protocol

SLIP: Nonstandard for transmission of IP datagrams over serial lines:

• RFC 1055.

SLIP ist ein sehr einfaches Protokoll, um IP-Datagramme über serielle Point-to-point-Verbindungen zu schicken. (Siehe die Begründung unten bei PPP). Es packt die Daten einfach in einen "Umschlag" (Frame) und verschickt sie. SLIP kann verschiedene Verbindungen (z.B. telnet und ftp) multiplexen. Im Unterschied zu PPP kann SLIP nur IP-Pakete einkapseln.

Für Anwendungsprogramme, die über WinSock laufen, spielt es keine Rolle, ob SLIP oder PPP zugrunde liegt.

PPP: Point-to-Point Protocol

• RFC 1661.

Protokoll, um IP-Datagramme über serielle Point-to-point-Verbindungen (Dialup-Verbindungen oder Leased Line) zu schicken. IP ist ja ein Internet-Protokoll, setzt also voraus, dass die Teilnehmer einem Netzwerk angehören. PPP ermöglicht Teilnehmern, die keinem Netzwerk angehören (Dial-Up) den Zugang zum Internet. PPP unterstützt auch Nicht-IP-Protokolle:

• IPv4 (Internet-Protokoll, Version 4)
• IPv6 (Internet-Protokoll, Version 6)
• InternetPacket Exchange (IPX)
• NetBIOS
• SNA (Systems Network Architecture)
• OSI Connectionless network Layer Protocol (CLNP)
• DECnet Phase IV
• Banyan Vines
• L_2 Bridges

PPP kapselt die Protokolle der höheren OSI-Ebenen in ein Frame ein:

Start	Adresse	Kontrolle (laufende Nummer des Pakets)	Eingekapseltes Protokoll (z.B. IP)	Eingekapselte Daten	Check Sum (Fehlerkontrolle)	Ende
1 Byte	1 Byte	1 Byte	2 Byte	Variabel	2 Byte	1 Byte

Mit PPP kann man auch LANs zu einem Internetzwerk zusammenschließen.

PPP kann verschiedene Verbindungen (z.B. telnet und ftp) multiplexen. PPP enthält einen Kompressionsmechanismus sowie error detection.

PPP Multilink

• RFC 1990.

PPP Multilink ist eine Erweiterung von PPP. PPP Multilink ist ein Bandwith-on-demand Protokoll, das es ermöglicht, verschiedene Verbindungen zwischen zwei Punkten zu bündeln, um größere Bandbreite (Übertragungsraten) zu erreichen (z.B. Kanalbündelung bei ISDN: die beiden B-Kanäle mit jeweils 64000 Bps werden zu einem 128000 Bps Kanal gebündelt). Die Verbindungen, die gebündelt werden, können unterschiedlich sein (z.B. Leased Line + Dial-up).