Chapter 3 The Data Link Layer

Tugas dari Data Link Layer Melayani Network Layer Membuat Framing Error Control Flow Control

Finite State Machined Models Petri Net Models Verifikasi Protokol Finite State Machined Models Petri Net Models

Fungsi dari Data Link Layer Melayani dan sebagai interface ke network layer Mengamati error transmisi Pengaturan data flow Raceiver dengan kecepatan yang rendah tidak dapat menampung pengirim dengan kecepatan tinggi.

Functions of the Data Link Layer (2) Hubungan antara paket dan frame

Services Provided to Network Layer (a) Virtual communication. (b) Actual communication.

(a) Without errors. (b) With one error. Framing A character stream. (a) Without errors. (b) With one error.

Framing (2) (a) A frame delimited by flag bytes. (b) Four examples of byte sequences before and after stuffing.

Framing (3) Bit stuffing (a) The original data. (b) The data as they appear on the line. (c) The data as they are stored in receiver’s memory after destuffing.

Hamming Code Menangani single error code Cara membuat codenya : Posisi parity bit ada di bit sesuai 2n (1,2,4,8,16,32….) Selain posisi tersebut akan dipakai sebagai data (3,5,6,7…) Untuk mencari besar parity (0 atau 1) dapat dilakukan sbb:

Posisi 1 : bergantian ada 1bit dan tidak ada 1bit : ada 1bit, gak ada 1 bit,ada 1bit….. Dan seterusnya untuk 8, 16,32,64…. Bit Paritas ditentukan sebagai 1 bila jumlah bit 1-nya adalah ganjil. Bit Paritas ditentukan sebagai 0 bila jumlah bit 1-nya adalah genap

Contoh : Suatu data : 1 0 0 1 1 0 1 0 Membuat data word –nya: - - 1 – 0 0 1 – 1 0 1 0 ( - paritas 15) Carilah paritas-nya : Posisi 1 : ? – 1 – 0 0 1 – 1 0 1 0 Jumlah bit 1 genap paritas : 0 Posisi 2 : 0 ? 1 – 0 0 1 – 1 0 1 0 Jumlah bit 1 ganjil paritas : 1 Posisi 4 : 0 1 1 ? 0 0 1 – 1 0 1 0

Posisi 8 : 0 1 1 1 0 0 1 ? 1 0 1 0 Jumlah bit 1 genap paritas : 0 Jadi Code-word-nya : 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 Dicoba :cari kesalahan pada bit paritas-nya 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0

0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 Posisi 1 : ? – 0 – 0 1 1 – 0 0 1 1 Jumlah bit 1 genap paritas : 0 Posisi 2 : 0 ? 0 – 0 1 1 – 0 0 1 1 Jumlah bit 1 ganjil paritas : 1 Posisi 4 : 0 0 0? 0 11 – 0 0 1 1 Jumlah bit 1 ganjil paritas :1 Posisi 8 : 0 0 0 1 0 11 ? 00 1 0 Jumlah bit 1 ganjil paritas : 1

Error-Correcting Codes Use of a Hamming code to correct burst errors.

Error-Detecting Codes Calculation of the polynomial code checksum.

Elementary Data Link Protocols An Unrestricted Simplex Protocol A Simplex Stop-and-Wait Protocol A Simplex Protocol for a Noisy Channel

Physical Layer Protocols & Services Describe the role of bits in representing a frame as it is transported across the local media.

Protokol pada DDL Unrestricted Simplex Protocol Simplex stop and wait protocol Protocol Simplex untuk Kanal yang bernoise PAR (Positive Acknowledgement with Retransmission) PAR (Positive Acknowledgement with Retransmission) Sliding Window Protocols Protokol dengan “Go back to N” Protokol dengan ‘Selective Repeat

Protocol Definitions Continued  Some definitions needed in the protocols to follow. These are located in the file protocol.h.

Protocol Definition (con’t) Some definitions needed in the protocols to follow. These are located in the file protocol.h.

Protocol Data Link Layer Unrestricted Simplex Protocol Pengirim : Ambil paket dari NL Membentuk frame Kirim ke PL Penerima : Bila ada frame sampai Ambil dari PL Ambil paket dari frame Kirim paket ke NL

Data ditransmisikan ke satu arah saja NL pengirim dan penerima siap Waktu proses diabaikan Mempunyai buffer dengan kapasitas  Tidak ada frame yang rusak/hilang

Unristricted Simplex Protocol

Simplex stop and wait protocol Buffer : terbatas Saluran komunikasi : error free Trafik data : simplex Kecepatan proses : terbatas Protocol ini merupakan protocol dimana pengirim mengirimkan satu frame dan kemudian menunggu ack sebelum melanjutkan pengiriman

Pengirim : Ambil paket dari NL Membentuk frame Kirimkan ke PL Menunggu ack Penerima : Bila ada frame yang datang Ambil dari PL Ambil paket dari frame Lewatkan ke NL Kirim ack

Simplex Stop-and-Wait Protocol

Protocol Simplex untuk Kanal yang bernoise Situasi yang sesungguhnya Frame bisa rusak/hilang Bila frame rusak, dapat dideteksi dengan checksum

Protocol yang sebelumnya Pengirim : Mengambil dari NL (data) Membuat frame/membentuk frame (DLL) Mengirim frame (lewat PL) Bila menerima ack, mengirim frame berikut Bila tidak menerima ack, mengirim ulang Diulang sampai selesai

Penerima : Menerima dari PL Dilakukan error checking Kalau terjadi/terdeteksi error dibuang, tidak mengirim ack Kalau datanya bagus, tanpa error mengirim ack Diteruskan sampai si pengirim selesai mengirimkan semua frame MASALAH : Apa yang terjadi bila acknya hilang dalam transmisi data?

A Simplex Protocol for a Noisy Channel A positive acknowledgement with retransmission protocol. Continued 

A Simplex Protocol for a Noisy Channel (ctd.) A positive acknowledgement with retransmission protocol.

Gambarannya sbb : Si A mengirim data Diterima oleh si B Lulus checksum, si B mengirim ack Ack hilang ditengah jalan Time out ! Si A tidak menerima ack dalam waktu tertentu Si A menganggap transmisi gagal dan mengirim frame tadi lagi Si B menerima frame lagi dan diteruskan ke NL Pada NL tertulis 2 frame yang sama pada NL

Cara mengatasinya : Diberi no. urut pada setiap framenya untuk membedakan frame yang satu dengan yang lain Jadi bila menerima frame yang sama, salah satu dapat dibuang. Jumlah bit yang menyatakan no. urut diharapkan seminimal mungkin Berapa bit minimum tersebut ? Analisa : Anggap bahwa frame I = m frame II = m + 1 frame III = m + 2

m dengan m + 1 atau m + 1 dengan m + 2 Keraguan terjadi pada bukan Akibatnya, hanya perlu membedakan antara m dengan m + 1 atau m + 1 dengan m + 2 bukan m dengan m + 2

Kenaikannya dengan modulo 2 Oleh karena itu hanya diperlukan 1 bit saja untuk nomor urut frame : 0 dan 1 Kalau menerima no. urut yang salah, (setelah 0, 0 lagi atau setelah 1, 1 lagi), berarti frame yang diterima tidak urut (duplikasi dari frame yang sebelumnya) salah satu dibuang Kalau no. urutnya benar : frame m : no. 0 frame m + 1 : no. 1 frame m + 2 : no. 0 …dst frame-frame tersebut akan diteruskan ke NL Kenaikannya dengan modulo 2

PAR (Positive Acknowledgement with Retransmission) Pengirim : Inisialisasi no urut frame yang mau dikirim Ambil paket I dari NL Membentuk frame Mengirim frame lewat PL

Menunggu jawaban dari penerima Bila frame sampai dengan selamat ada ack mengirim yang berikut Kelamaan time out mengirim data yang sama frame rusak mengirim data yang sama Diulang sampai semua frame terkirim

Penerima : Tunggu Bila frame sampai : Cek apakah frame sempurna? Cek sequential no nya? Bila valid, lewatkan data ke NL Increment seq no yang diharapkan berikutnya Bila tidak, frame tersebut dibuang Seq. No yang diharapkan berikutnya tidak di in-crement Diulang sampai pengiriman data selesai

Sliding Window Protocols A One-Bit Sliding Window Protocol A Protocol Using Go Back N A Protocol Using Selective Repeat

Protocol Sliding Window Pada 3 protocol yang pertama, frame ditransmisikan ke 1 arah saja simplex Situasi yang praktis : perlu transmisi untuk 2 arah full duplex Untuk full duplex (salah satu cara) Perlu 2 saluran transmisi simplex yang terpisah Tetapi untuk saluran balik, bandwidth wasted Forward (data) A B Reverse (ack)

Pemikiran yang lain : Menggunakan saluran yang sama untuk ke dua arah dengan data dan ack dalam 1 frame Dengan melihat jenis field pada header dari incoming frame, receiver mengetahui apakah frame tsb frame data / frame ack

Digunakan teknik piggy backing : Teknik dimana menunda pengiriman ack sampai ada data frame yang dikirimkan dan ack akan ditempelkan pada frame data. Masalah pada piggy backing : Lamanya waktu tunggu menunggu frame data yang dapat ditumpangi oleh ack Jika lamanya delay > time out sender sender retransmit data

Keuntungan dari teknik ini : Dapat menghemat bit-bit untuk membentuk frame ack Karena untuk mengirim ack juga harus dalam bentuk frame, perlu : header checksum Protocol Sliding Window : Dapat menangani : Frame sampah (rusak) Frame hilang Time out yang terlalu cepat Selain ack itu sendiri

Pada setiap frame berisi nomor urut 0 ~ max Dimana max : 2n - 1 bit Untuk Protocol stop and wait, n = 1 (0 atau 1) Protocol ini memiliki : Sending Window Mengingat nomor urut dari frame yang dikirim Ukuran frame, sesuai windownya Mengingat ack yang sampai Receiving Window Mengingat frame yang diterima dengan baik Mengingat ack yang dikirim

Sliding window dengan ukuran = 1, dengan no urut = 3 bit Max window size = n, berarti sender perlu n buffer untuk menyimpan frame yang mungkin perlu dikirim kembali Sliding window dengan ukuran = 1, dengan no urut = 3 bit

One Bit Sliding Windows Maximum window size : 1 Keterangan gambar : (a) Keadaan awal (b) Pengirim mengirim 1 frame (c) Setelah frame pertama diterima penerima (d) Setelah ack pertama diterima pengirim One Bit Sliding Windows Maximum window size : 1 Protokolnya : stop and wait Menunggu ack dari frame yang dikirimkan, baru mengirim frame berikutnya

Sliding Window Protocols (2) A sliding window of size 1, with a 3-bit sequence number. (a) Initially. (b) After the first frame has been sent. (c) After the first frame has been received. (d) After the first acknowledgement has been received.

A One-Bit Sliding Window Protocol Continued 

A One-Bit Sliding Window Protocol (con’t)

A One-Bit Sliding Window Protocol (2) Two scenarios for protocol 4. (a) Normal case. (b) Abnormal case. The notation is (seq, ack, packet number). An asterisk indicates where a network layer accepts a packet.

Protokol dengan “Go back to N” Round Trip Time waktu transmisi sampai ke penerima ditambah dengan diterimanya ACK di pengirim Besarnya RTT mempengaruhi efisiensi dari penggunaan bandwidth. Contoh : Seharusnya suatu frame dapat dikirim dengan lengkap pada t = 20 ms. Ternyata baru sampai penerima setelah 270 ms dan ACK diterima kembali setelah 520. Berarti dibutuhkan 500/520 atau 96% tidak efisien.

Untuk mengatasi akan diblok w=26 frame bukan hanya 1 frame Setelah selesai mengirim 26 frame = 520 ms, diikuti dengan diterimanya ACK setiap 20 ms Window yang dibutuhkan sesuai dengan BW x RTT menentukan kapasitas pipa disebut teknik pipelining (definisikan!) Mis : Kapasitas kanal = b bit/sec, Besar frame = L bit RT prop (delay) = R sec. Waktu transmit 1 frame = L/b Utilisasi kanal : L/(L+bR) Bila L<bR. Berapa efisiensi-nya?

Masalah timbul, bila terjadi rusak/ hilang pada frame ditengah?? Ada 2 cara : Penerima menggunakan window size 1 dan disebut “Go back n” yang akan membuang semua frame berikutnya, tanpa mengirim ACK thd frame yang rusak Penerima menggunakan window size besar dan disebut “Selective repeat” yang akan membuffer semua frame setelah frame yang rusak. Frame yang rusak akan dibuang. Setelah sender time-out baru ACK dikirim ulang menggunakan NAK

A Protocol Using Go Back N Pipelining and error recovery. Effect on an error when (a) Receiver’s window size is 1. (b) Receiver’s window size is large.

Sliding Window Protocol Using Go Back N Continued 

Sliding Window Protocol Using Go Back N Continued 

Sliding Window Protocol Using Go Back N Continued 

Sliding Window Protocol Using Go Back N

Contoh skenario dengan max-seq = 7 Pengirim mengirim frame 0-7 (ke-1) ACK (Piggy-backing) ke-7 dikirim Pengirim mengirim lagi 8 frame (0-7) (ke-2) ACK (Piggy-backing) berikut ke-7 dikirim Untuk itu perlu jumlah max frame yang tersedia (max-seq)-multiple Dibutuhkamn multiple timer. Ilustrasi multiple timer sbb :

Sliding Window Protocol Using Go Back N (2) Simulation of multiple timers in software.

Protokol dengan ‘Selective Repeat’ Protokol 6 (penerimaan tidak berurut) melewatkan ke NL berurut Bila timer habis hanya frame tsb yang diretransmisi tidak semua frame yang berikutnya. Contoh: Untuk 3 bit bisa mengirim 7 frame sbl menerima ack dikirim frame 0-6 jendela dimajukan untuk pengiriman frame ke7 dan frame 0-6

A Sliding Window Protocol Using Selective Repeat (5) (a) Initial situation with a window size seven. (b) After seven frames sent and received, but not acknowledged. (c) Initial situation with a window size of four. (d) After four frames sent and received, but not

A Sliding Window Protocol Using Selective Repeat Continued 

A Sliding Window Protocol Using Selective Repeat (2) Continued 

A Sliding Window Protocol Using Selective Repeat (3) Continued 

A Sliding Window Protocol Using Selective Repeat (4)

Protocol Verification Finite State Machined Models Petri Net Models

Merupakan teknik verifikasi dan spesifikasi dari protokol. Pada FSM tergantung dari : S =himpunan keadaan proses berada M =himpunan frame yang dipertukarkan lewat saluran L =himpunan keadaan proses2 T =himpunan transisi antara 2 keadaan Masing2 keadaan dilabelkan : SRC S = 0 atau 1 merupakan frame yang akan dikirim pengirim R = 0 atau 1 merupakan frame yang diharapkan akan diterima C = 0,1,A,- merupakan kondisi dari kanal, dipakai,tidak dipakai, ada ack dan kosong.

Finite State Machined Models (a) State diagram for protocol 3. (b) Transmissions.

A Petri net with two places and two transitions. Petri Net Models A Petri net with two places and two transitions.

A Petri net model for protocol 3. Petri Net Models (2) A Petri net model for protocol 3.

Example Data Link Protocols HDLC – High-Level Data Link Control The Data Link Layer in the Internet

High-Level Data Link Control Frame format for bit-oriented protocols.

High-Level Data Link Control (2) Control field of (a) An information frame. (b) A supervisory frame. (c) An unnumbered frame.

The Data Link Layer in the Internet A home personal computer acting as an internet host.

PPP – Point to Point Protocol The PPP full frame format for unnumbered mode operation.

PPP – Point to Point Protocol (2) A simplified phase diagram for bring a line up and down.

PPP – Point to Point Protocol (3) The LCP frame types.