Data Link Layer

Outline Media Access Control Error Control Data Link Protocols Controlled Access, Contention, Performansi relatif Error Control Sumber Error, Pencegahan Error, Deteksi Error, Koreksi Error dg Retransmission, Forward Error Correction Data Link Protocols Asynchronous Transmission, Asynchronous File Transfer Protocols, Synchronous Transmission Efisiensi Transmisi

Data Link Layer - Pendahuluan Bertanggung jawab utk memindahkan pesan (message) dari satu device (komputer) ke device berikutnya Bertanggung jawab utk transmisi yg handal dari paket melalui suatu link Data Link Layer Physical Layer Network Layer

Data Link Layer Fungsi-fungsi yang diperlukan pada data link layer Framing Error control Flow control Asumsi data link  wirelike Saluran komunikasi point-to-point Koneksi pd jaringan dimana message mengikuti lintasan yg sama Utk jaringan broadcast isue utama kontrol access ke kanal, DLL dibagi kedalam 2 sublayer: Media Access Control (MAC) sub-layer Logical Link Control (LLC): IEEE 802.2 Standar data link control ISO: High-level Data Link Control (HDLC)

Sub-Layer Data Link Layer Medium access control (MAC): bertanggung jawab thd akses kontrol ke shared medium. Bbrp protocol MAC yg umum: CSMA/CD, Token Ring dan Token Bus Logical Link Control (LLC): mediasi antara network layer protocol dan macam-macam MAC protocols Physical Signals Bits Frames LLC MAC DLL PDUs

Media Access Control (MAC) Mengendalikan kapan dan komputer mana transmit Penting saat lebih dari satu komputer ingin kirim data (pd waktu bersamaan melalui circuit yg sama); mis., Link half duplex point-to-point Komputer mendapat giliran Konfigurasi Multipoint Menjamin tdk ada dua komputer berusaha utk transmit data pd waktu bersamaan Pendekatan utama Controlled access Contention based access

Controlled Access Pengendalian akses ke penggunaan bersama sumberdaya Bertindak spt lampu lalu lintas Umumnya digunakan pd mainframes Menentukan client mana yg mempunyai akses ke mainframe pd suatu waktu Juga digunakan pd protokol LAN Token ring, FDDI Metoda controlled access utama X-ON/X-OFF dan Polling

X-ON / X-OFF A B Protokol controlled access yg lama Request to Transmit X-ON not busy data transmitting data Pausing (periodically done) X-OFF busy X-ON not busy transmitting data data Masih digunakan antara komputer dan printer Masih digunakan pd bbrp circuit half duplex circuit, mulai langka

Polling Client ransmit jika diminta dan/atau diijinkan Client menyimpan informasi yg akan ditransmisikan Server (secara periodik) tanya (poll) ke client apakah punya data utk dikirimkan Client, jika punya data, kirim data Jika tidak ada data utk dikirim, client merespon secara negative, dan server menanyakan client berikutnya Tipe-tipe polling Roll call polling Hub polling (juga disebut token passing)

Roll Call Polling D C E B Server A Clients Periksa tiap client (secara berurutan dan secara periodik) utk melihat apakah ingin transmit: A, B, C, D, E, A, B, … D C E B Server A Client juga dp mempunyai prioritas shg ditanya (di-poll) lebih sering: A, B, A, C, A, D, A, E, A, B, .. Ada waktu tunggu: Poll and wait utk suatu respon Perlu suatu timer utk mencegah lock- up (oleh client yg tdk menjawab)

Hub Polling (Token Passing) Satu komputer yg ‘memegang’ memulai poll: Kirim data (jika ada) lalu Meneruskan token ke komputer berikutnya E B C D A token Kontinyu secara berurutan sampai token mencapai komputer pertama lagi, mulai mengulang siklus polling dan seterusnya

Contention Transmit jika circuit bebas Tabrakan (collisions) Terjadi jika lebih dari satu komputer transmit pd saat bersamaan Perlu menentukan komputer mana yg dibolehkan utk transmit pertama setelah terjadi tabrakan Umum digunakan pada Ethernet LAN

Cross-over point: sekitar 20 komputer Performansi Relatif Tergantung pd kondisi jaringan Bekerja lebih baik utk jar lebih kecil dg penggunaan rendah Bekerja lebih baik utk jar dg volume tarfik tinggi Jika vol. tinggi, performansi menurun (terlalu banyak collisions) Network lebih efisien digunakan Cross-over point: sekitar 20 komputer

Kontrol Error Menangani error jaringan yg disebabkan masalah transmisi Network errors mis, perubahan nilai suatu bit saat transmisi Dikendalikan oleh network hardware dan software Human errors: mis., kesalahan dlm pengetikan angka Dikendalikan oleh program aplikasi Kategori dari error jaringan Data terkorupsi (perubahan data) Data hilang

Kontrol Error (Cont.) Laju Error (Error Rate) Burst error Bit error rate (BER) menunjukan probabilitas bit terkena error. Harga tipikal BER = 10- 9 utk link electrik, dan 10-12 untuk link optik 1 bit error dlm n bit yg ditransmisikan. mis., 1 dlm 100,000  Bit Error rate (BER) = 10-5 Burst error Banyak bit yg terkorupsi pd saat bersamaan Error-error tdk terdistribusi secara uniform Fungsi-fungsi utama Mencegah error Mendeteksi error Mengkoreksi errors

BER vs PER D ACK H Contoh: Asumsi BER dan error independen, Packet Error Rate = PER = 1 – (1 – BER)N PER ~= N (BER) if N (BER) << 1 mis. N = 104, BER = 10-7 = PER = 10-3

Sumber-Sumber Error Noise saluran dan distorsi – penyebab utama Lebih mungkin pd media elektrik Sinyal elektrik yg tdk diinginkan Disebabkan gangguan peralatan dan alam Menurunkan performansi suatu circuit Tanda-tanda Bit-bit extra Bit-bit berubah (“flipped” bits) Bit-bit hilang

Sumber Error dan Pencegahan Source of Error What causes it How to prevent it Line Outages   Faulty equipment, Storms, Accidents (circuit fails) White Noise (Gaussian Noise) Movement of electrons (thermal energy) Increase signal strength (increase SNR) Impulse Noise (Spikes) Sudden increases in electricity (e.g., lightning, power surges) Shield or move the wires Cross-talk Multiplexer guard bands are too small or wires too close together Increase the guard bands, or move or shield the wires Echo Poor connections (causing signal to be reflected back to the source) Fix the connections, or tune equipment Attenuation Gradual decrease in signal over distance (weakening of a signal) Use repeaters or amplifiers Intermodulation Noise Signals from several circuits combine Move or shield the wires Jitter Analog signals change (small changes in amp., freq., and phase) Tune equipment Harmonic Distortion Amplifier changes phase (does not correctly amplify its input signal) mostly on analog More important  

Deteksi Error Mathematical calculations Mathematical calculations ? = Pengirim mengkalkulasi Error Detection Value (EDV) dan mentransmisikan bersama data Penerima kalkulasi ulang EDV dan bandingkan dg EDV yg diterima Mathematical calculations Mathematical calculations ? = Data yg akan ditransmisikan EDV Jika sama  tdk ada error saat transmisi Jika berbeda  Terjadi error saat transmisi Makin besar ukuran, makin baik deteksi error (tetapi efisiensi lebih rendah)

Teknik Deteksi Error Parity checks Longitudinal Redundancy Checking (LRC) Polynomial checking Checksum Cyclic Redundancy Check (CRC)

Parity Checking Satu yg paling tua dan paling sederhana Satu bit ditambahkan pd tiap karakter Even parity: penambahan 1 bit parity  jumlah bit 1 genap (even) Odd parity : penambahan 1 bit parity  jumlah bit 1 ganjil (odd) Sisi penerima kalkulasi ulang parity bit Jika satu bit mengalami error transmisi jumlah bit 1 tdk sesuai dg parity yg digunakan Sederhana, tetapi tdk dp mendeteksi semua error Jika dua (atau sejumlah genap) bit mengalami error, parity check tampak benar Mendeteksi sekitar 50% dari error

Contoh Penggunaan Parity Utk dikirimkan: huruf V pd 7-bit ASCII: 0110101 sender receiver 01101010 EVEN parity parity Jum semua 1 ditransmisikan EVEN sender receiver 01101011 ODD parity parity Jum semua 1 ditransmisikan ODD

LRC - Longitudinal Redundancy Checking Tambahkan karakter tambahan (bukan satu bit) Block Check Character (BCC) pd tiap blok data Ditentukan spt parity, tetapi menghitung secara longitudinal pd pesan (dan juga secara vertikal) Kalkulasi berdasarkan pd bit ke-1, ke-2 dst (dari semua karakter) pd blok Bit ke-1 dari BCC  jumlah 1 pada bit ke-1 dari karakter Bit ke-2 dari BCC  jumlah 1 pada bit ke-2 dari karakter Perbaikan signifikan dibandingkan parity checking 98% laju deteksi error utk burst errors ( > 10 bit) Kurang mampu deteksi single bit errors

Penggunaan LRC Utk Deteksi Error Letter D A T Cat. parity bit BCC juga ditentukan dg parity BCC 1 1 0 1 1 1 1 1 Parity bit 1 Contoh: kirim pesan “DATA” dg ODD parity dan LRC ASCII 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0

Polynomial Checking Tambahkan 1 atau lebih karakter pd akhir pesan (berdasarkan algoritma matematik) Dua tipe: Checksum dan CRC Checksum Kalkulasi dg menambahkan nilai desimal dari tiap karakter pd pesan Bagi total dg255 dan Simpan sisanya (nilai 1 byte) dan gunakan ini sbg checksum 95% efektif Cyclic Redundancy Check (CRC) Dihitung dg kalkukasi sisa ke problem pembagian

Cyclic Redundancy Check (CRC) P / G = Q + R / G Message (dianggap sbg bil. biner yg panjang) Sebuah bil tetap (menentukan panjang R) Remainder: Ditambahkan ke message sbg EDV Dp 8 bit, 16 bit, 24 bit, atau 32 bit Quotient (keseluruhan bil.) Contoh: P = 58 G = 8 Q = 7 R = 2 Hanya ilsutrasi aktualnya lebih kompleks krn menggunakan pembagian polynomial bukan pembagian biasa Paling powerful dan paling umum Deteksi 100% error, jika jum error ≤ ukuran R Kalau tdk: CRC-16 (99.998%) dan CRC-32 (99.9999%)

Koreksi Error Begitu terdeteksi, error harus dikoreksi Teknik Koreksi Error Retransmisi (Backward error correction) Sederhana, efektif, murah, umum digunakan Dikoreksi dg retransmisi data Penerima, jika mendeteksi error, meminta pengirim utk retransmit message Sering disebut Automatic Repeat Request (ARQ) Forward Error Correction Peralatan penerima dapat mengkoreksi sendiri messages yg datang

Automatic Repeat Request (ARQ) Proses utk meminta data transmisi dikirim ulang Protokol utama ARQ Stop and Wait ARQ (teknik half duplex) Sender mengirimkan sebuah message dan menunggu acknowledgment, lalu kjrim message berikutnya Receiver menerima message dan mengirimkan acknowledgement, dan menunggu message berikutnya Continuous ARQ (teknik full duplex) Sender secara kontinyu mengirimkan paket tanpa menunggu acknowledge dari penerima Receiver secara kontinyu menerima messages tanpa harus memberikan acknowledment dg segera

Stop and Wait ARQ Sender Receiver Kirim paket, lalu tunggu kabar dari receiver Kirim acknowledgement Kirim ulang paket Kirim paket berikutnya Sender Receiver Kirim negative acknowledgement

Continuous ARQ Sender kirim paket secara kontinyu tanpa menunggu acknowledge dari receiver Perhatikan bhw acknowledgments skrg mengidentifikasi paket yg di- acknowledged Receiver kirim kembali NAK utk spesifik paket utk dikirim ulang

Flow Control dengan ARQ Menjamin sender tdk transmit terlalu cepat utk receiver Stop-and-wait ARQ Receiver kirim ACK atau NAK jika siap (utk menerima paket lebih lanjut) Continuous ARQ Kedua sisi sepakat thd ukuran sliding window Jumlah messages yg dp ditangani oleh receiver tanpa menyebabkan delay yg signifikan

Contoh Flow Control window size =4 sender receiver ...3 2 1 0 ACK 0... ...4 ACK 4... …8 7 6 5 ACK 7.. set window size to 2 ..9 ...9 8 window size =4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (slide window) (timeout)

Forward Error Correction (FEC) Peralatan penerima dp mengkoreksi sendiri message yg datang (tanpa retransmisi) Perlu informasi ekstra utk koreksi Kirim bersama dg data Memungkinkan data utk di-check dan dikoreksi oleh penerima Jumlah informasi extra : biasanya 50-100% dari data Berguna utk transmisi satelit Transmisi satu arah (retransmisi tidak dimungkinkan) Waktu transmisi sangat panjang (retransmisi akan memakan waktu lama) Biaya FEC tdk signifikan (dibandingkan biaya total peralatan)

Hamming Code – Contoh FEC Kalkulasi tiga parity bit EVEN dari data Jika satu bit (parity atau data) berubah  perubahan pd bit data dp dideteksi & dikoreksi Only works for one bit errors Hanya bekerja utk satu bit error

Protokol Data Link Klasifikasi Berbeda oleh Asynchronous transmission Message delineation Frame length Frame field structure frame k-1 frame k frame k+1

Asynchronous Transmission Tiap karakter dikirim secara independen Kadang disebut start-stop transmission Kirim antara transmisi (deretan stop bits) Digunakan oleh receiver utk memisahkan karakter dan utk synch. Digunakan pd point-to-point full duplex circuits (digunakan oleh Telnet saat menghubungkan ke komputer Unix/Linux)

Asynchronous File Transfer Digunakan pd Point-to-point asynchronous circuits Biasanya melalui sal telepon via modem Komputer ke komputer utk transfer file data Karakteristik dari file transfer protocols Dirancang utk transmit error-free data Kelompokan data kedlm blocks utk ditransmisikan (tidak dikirimkan character by character) File transfer Protocols yg populer Xmodem, Zmodem, dan Kermit

File Transfer Protocols SOH Packet # Packet # compl. (128 bytes) Checksum Start of Header satu dari async file transfer protocol paling tua menggunakan stop-and-wait ARQ. Xmodem-CRC: menggunakan 1 byte CRC (drpd checksum) Xmodem-1K: Xmodem-CRC + message field 1024 byte Xmodem Zmodem Kermit Menggunakan CRC-32 dg continuous ARQ Pengaturan dinamis dari ukuran paket (tergantung circuit) Sangat fleksibel, powerful dan popular Biasanya menggunakan CRC-24 dan ukuran 1K, tetapi adjustable

Synchronous Transmission Data dikirim dalam satu blok yg besar disebut frame atau paket Biasanya sekitar seribu karakter (bytes) Mencakup informasi addressing Terutama berguna dlm multipoint circuits Mencakup satu serie dari karakter-karakter synchronization (SYN) Digunakan utk membantu receiver mengenali data yg datang Kategori Synchronous transmission protocols Bit-oriented protocols: SDLC, HDLC Byte-count protocols: Ethernet Byte-oriented protocols: PPP

Byte-Oriented Protocol Text (Data) STX ETX 8 STX - start of text ETX - end of text Masalah: bagaimana jika ETX muncul pd bagian data dari frame Solusi: Gunakan karakter khusus DLE (“Data Link Escape”) sebelumnya Jika DLE muncul dalam text, gunakan DLE lainnya sebelumnya Contoh-contoh protocol: Bisync, PPP, DDCMP

Byte-Count Protocol Sender: Menyisipkan panjang data (dalam byte) pada awal frame Receiver: mengekstrak panjang ini dan menguranginya setiap satu byte dibaca, jika counter menjadi nol satu frame lengkap diproses Contoh: Ethernet

Bit-Oriented Protocol Text (Data) Start sequence 8 End Digunakan suatu flag: deretan bit tetap (pola tetap) utk indikasi awal dan akhir suatu paket Pola start sequence dan end sequence dapat sama, mis pd HDLC” ‘01111110’ Secara prinsip, sembarang deretan dp digunakan, tetapi kemunculan flag harus dicegah di dlm data Protokol standard menggunakan deretan 8-bit 01111110 sbg satu flag INVENTED ~ 1970 oleh IBM utk SDLC (synchronous data link protocol) Data transparan Krnnya 0111111 yg tdk boleh muncul di didlm data Untuk mencegah pola start dan end sequence pada data digunakan ‘bit stuffing’

Bit Stuffing (Pengirim) Digunakan utk menghilangkan flag dari data original Satu 0 disisipkan setelah 1 berturutan pd frame original Mengapa perlu menyisipkan 0 pd 0111110? Jika tidak 0111110111  0111110111 011111111  0111110111 Bagaimana membedakannya pd penerima?

Destuffing (Penerima) Jika 11111 diikuti 0, buang 0

SDLC – Synchronous Data Link Control Address tujuan(8 atau 16 bit) Identifikasi tipe frame: - Informasi (utk transfer data user) - Supervisory (utk error dan flow control) data CRC-32 Akhir (01111110) Awal Bit-oriented protocol dikembangkan IBM Menggunakan controlled media access protocol

Masalah Transparansi pd SDLC Problem: Transparansi Data user dp berisi pola bit spt flags (01111110) Receiver dp menginterpretasi sbg akhir frame dan mengabaikan yg lainnya Solusi: Bit stuffing (zero insertion) Sender menyisipkan 0 jika mendeteksi 11111 (lima deretan 1) Jika receiver melihat lima deretan 1, check bit-bit berikutnya jika 0, hilangkan (stuffed bit) jika10, akhir dari frame marker (01111110) jika 11, error (tujuh deretan tdk mungkin dlm data) Bekerja tetapi menambah kompleksitas

HDLC – High-Level Data Link Control Standar formal dikembangkan oleh ISO Sama spt SDLC, kecuali Address dan field control lebih panjang Ukuran sliding window lebih besar Lainnya Dasar bagi banyak Data Link Layer protocol lainnya LAP-B (Link Accedes Protocol – Balanced) Digunakan pada teknologi X.25 LAP-D (Link Accedes Protocol – Balanced) Digunakan pada teknologi ISDN LAP- F (digunakan pd teknologi Frame Relay)

Ethernet (IEEE 802.3) Protokol LAN paling luas digunakan, dikembangkan bersama oleh Digital, Intel, dan Xerox, sekarang sbg standar IEEE formal standard: IEEE 802.3ac Menggunakan contention based media access control Byte-count data link layer protocol Tdk ada masalah transparency Menggunakan sebuah field berisi jumlah bytes (bukan flags) utk membatasi frames Koreksi error: optional

Frame Ethernet (IEEE 802.3) (jumlah byte pd field message) Pengulangan pola dari (1010101010) Digunakan pd Virtual LANs; (jika tdk field ini diabaikan Jika digunakan, 2 byte pertama di-set ke: 24.832 (8100H) Digunakan utk pertukaran info kontrol (mis., tipe protokol network layer yg digunakan) Digunakan utk no urut/sequence number, ACK/NAK, dll, (1 atau 2 byte) 00 01 10 11

Point-to-Point Protocol (PPP) Byte-oriented protocol dikembangkan awal 90’an Umum digunakan pd sal. dial-up dari PC di rumah Dirancang terutama utk sal. telepon point-to-point (dp digunakan juga utk sal. multipoint) (sd 1500 byte) Menspesifikasikan protokol network layer yg digunakan (mis. IP, IPX)

Data Link Protocol Summary   Data Link Protocol Summary Protocol Size Error Detection Retransmission Media Access Asynchronous Xmission 1 Parity Continuous ARQ Full Duplex   File Transfer Protocols XMODEM 132 8-bit Checksum Stop-and-wait ARQ Controlled Access XMODEM-CRC 8-bit CRC XMODEM-1K 1028 ZMODEM * 32-bit CRC KERMIT 24-bit CRC Synchronous Protocols SDLC 16-bit CRC HDLC Token Ring Stop-and wait ARQ Ethernet Contention SLIP None PPP * Varies depending on message length.

Efisiensi Transmisi Tujuan suatu jaringan: Memindahkan sebanyak mungkin bit dg error minimum  efisiensi lebih tinggi biaya lebih rendah Fator yg mempengaruhi efisiensi jaringan: Karakteristik dari circuit (laju error/error rate, kecepatan/speed) Kecepatan dari peralatan, Teknik Error control Protocol yg digunakan Bit-bit informasi (memuat informasi user) Bit-bit Overhead (digunakan utk error checking, pembatas frame, dll.) Total jumlah bit info ditransmisikan Total jumlah bit ditransmisikan =

Efisiensi Transmisi dari Protocol Async Transmission: 7-bit ASCII (info bits), 1 parity bit, 1 stop bit, 1 start bit Efisiensi transmisi = 7 / 10  70% mis., V.92 modem dg 56 Kbps  laju efektif 39.2 Kbps SDLC Transmission Asumsi 100 karakter info (800 bit), 2 flag (16 bit) Address (8 bits), Control (8 bits), CRC (32 bits) Efisiesnsi transmisi = 800 / 64  92.6% mis., V.92 modem with 56 Kbps  51.9 Kbps effective rate Lebih besar panjang message, efisiensi lebih baik namun, paket yg lebih besar kemungkinan mendapatkan error lebih besar (kemungkinan lebih banyak memerlukan retransmisi)  kapasitas terbuang

Throughput Definisi lebih akurat dari efisiensi Total jumlah bit informasi diterima per detik; dg mempertimbangkan: Bit-bit overhead (spt pd efisiensi transmisi) Keperluan retransmisi paket mengandung error Kalkulasi kompleks; tergantung pd Efisiensi transmisi Laju error Jumlah retransmisi Transmission Rate of Information Bits (TRIB) Digunakan sbg ukuran dari throughput

Ukuran paket Optimum Trade-off antara ukuran paket dan throughput Rentang yg dp diterima (lebih mahal dlm hal kapasitas circuit utk retransmisi jika ada error) (kemungkinan mengandung error kecil)

TRIB = Jumlah bit info diterima / total waktu diperlukan utk mendpkan bit (jumlah bit info) (Prob. Dari transmisi sukses) waktu diperlukan utk transmit bit-bit ini + delay propagasi K (M – C) (1 – P) (M / R) + T Info bits per character Average number of non-info characters per block Probability that a block will require retransmission Time between blocks (in seconds) (propagation time + turnaround time) (a.k.a., reclocking time) Packet length in characters Data xmission rate in char per second TRIB = Ex: K=7 bits/character M = 400 char/block R= 4.8 Kb/s C = 10 char/block P = 1% T = 25 ms 7(400-10)(1-0.01) (400/600)+0.025) = 3.908 Kb/s