Jaringan Komputer (IF8505) Data link layer. Materi. Prinsip dasar Peran data link layer Framing Error handling Flow control Contoh: HDLC, PPP

(1)

Jaringan Komputer (IF8505)

Data link layer

Materi

• Prinsip dasar

• Peran data link layer • Framing

• Error handling • Flow control

(2)

3

Materi

• Prinsip dasar

• Contoh: HDLC, PPP

Prinsip dasar (1)

• Masalah utama dalam komunikasi data:

realibility. Sinyal yang dikirim melalui medium tertentu dapat mengalami pelemahan, distorsi, keterbatasan bandwidth

• Data yang dikirim dapat menjadi rusak, hilang, berubah, terduplikasi

• Tugas data link layer adalah menangani kerusakan dan hilangnya data antar 2 titik komunikasi yang terhubung oleh satu medium transmisi fisik

(3)

5

Prinsip dasar (2)

• A mengirim data ke B. Jalur antara A dan B tidak reliable, sehingga mungkin ada data yang

rusak/hilang.

• Bagaimana menjamin transmisi data A ke B tetap reliable?

A x data B

Prinsip dasar (3)

• A mengirim data yang panjang ke B. Data dibagi menjadi frame, sehingga kerusakan sebuah frame tidak merusak keseluruhan data. • Bagaimana B dapat mendeteksi bahwa frame yang dikirim A

mengalami kerusakan?

• A menambahkan error check bits ke frame, sehingga B dapat memeriksa frame dan menentukan apakah telah terjadi perubahan

(4)

7

Prinsip dasar (4)

• Bagaimana A mengetahui data yang dikirimnya telah diterima B?

• B dapat mengirimkan ack/pemberitahuan jika data diterima dengan benar, dan nak/pemberitahuan data salah jika data rusak

• A dapat mengirimkan ulang frame yang rusak

A x data B

Prinsip dasar (5)

• Mengapa frame dapat hilang?

– Bagian alamat/id/header mengalami kerusakan, sehingga frame tidak dikenali

– Temporer disconnection

• Apa yg terjadi jika frame dapat hilang?

– B tidak mengetahui ada pengiriman dari A, A menunggu ack dari B

– B mengirimkan ack namun hilang di jalan. A menunggu ack dari B

(5)

9

Prinsip dasar (6)

• A harus memiliki timer, yang akan mengirim ulang jika tidak menerima kabar dari B

• Jangka waktu timeout harus diatur.

– Jika timeout terlalu cepat, A akan mengirimkan ulang sebelum ack dari B tiba.

– Jika timeout terlalu lama, A akan menunggu terlalu lama jika ada frame yg hilang

A x data B

Prinsip dasar (7)

• A mengirim frame 1

• A mengalami timeout, dan mengirimkan ulang frame 1 • A menerima ack, melanjutkan mengirim frame 2

• A menerima ack kedua untuk frame 1, namun dianggap sebagai ack untuk frame 2 (error)

• A harus memberikan frame number, sehingga B dapat memberikan ack spesifik untuk frame number tertentu

(6)

11

Materi

• Prinsip dasar

• Peran data link layer

• Framing

Peran data link layer

• Physical layer: mengkodekan data menjadi

sinyal yang dikirim melalui medium

transmisi

• DL menangani kesalahan transmisi, dan

menyediakan layanan ke network layer

berupa:

• Error control, error detection • Flow control

• Link management • Medium access

(7)

13

Services Provided to Network

Layer

(a) Virtual communication.

(b) Actual communication.

Services Provided to Network

Layer (2)

(8)

15

Materi

• Prinsip dasar

• Peran data link layer

• Framing

Framing

• DL melakukan framing untuk:

• Mengurangi kemungkinan error

• Menyesuaikan dengan physical layer • Kapasitas buffer penerima terbatas

• Teknik framing:

• Character count

• Flag byte – byte stuffing • Flag bits – bit stuffing

(9)

17

Framing

Relationship between packets and frames.

Framing – character count

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

• Setiap frame diawali dengan field yang menyatakan panjang frame

(10)

19

Framing : flag byte

• Awal dan akhir frame ditandai dengan byte(s) khusus

• Byte penanda dapat merupakan simbol yang sama atau berbeda

• Masalah: kode byte(s) yang digunakan dapat muncul di dalam data yang terkirim, sehingga dapat mengakibatkan kesalahan penentuan frame

• Solusi: byte stuffing, mengganti byte serupa pada data dengan simbol lain

Framing : flag byte

(a)A frame delimited by flag bytes.

(11)

21

Framing : flag bits

• Serupa dengan flag bytes, namun menggunakan bit

• Lebih cocok untuk data biner • Misal: flag: 01111110

• Pengirim: setiap muncul 5 bit 1 berurutan, tambahkan bit 0

• Penerima: setiap menerima 5 bit 1 berurutan:

– Bit berikutnya 0: hapus

– Bit berikutnya: 10: end-of-frame – Bit berikutnya: 11: error

Framing : flag bits

Bit stuffing

(a)The original data.

(b)The data as they appear on the line.

(12)

23

Materi

• Prinsip dasar

• Error handling

• Flow control

Error Detection and Correction

• Umumnya penanganan error transmisi

dilakukan pada data link layer. Error control dapat pula dilakukan pada layer lain

(physical/higher layer)

• Error dapat diperbaiki dan dideteksi dengan menggunakan data redundant/tambahan pada setiap pengiriman data

• Jenis error:

• Single bit error: hanya sebuah bit yang berubah. Disebabkan oleh white noise

• Burst error: sederetan bit-bit mengalami error. Disebabkan oleh impulse noise

(13)

25

Error control

• Ada 2 teknik yang digunakan:

• Error-Detecting Codes

• Error-Correcting Codes

• Error correcting codes memerlukan

data redundant lebih besar

dibandingkan dengan error detecting

codes

Error detection: parity bit

• Menambahkan sebuah bit pada setiap

pengiriman sejumlah bit, sehingga jumlah bit bernilai 1 selalu genap/ganjil.

• Parity bit dapat mendeteksi kesalahan 1 bit atau kesalahan bit dalam jumlah ganjil, namun tidak dapat mendeteksi kesalahan dalam jumlah genap

(14)

27

Error detection: CRC

• Cyclic redundancy check (CRC) adalah method yang umum digunakan untuk mendeteksi error • CRC beroperasi pada sebuah frame/block.

Setiap block berukuran m bit yang akan dikirim akan dihitung CRC checksumnya (berukuran r bit), kemudian dikirim bersama2 dengan frame (dengan ukuran m+r bit).

• Pada sisi penerima, penerima akan menghitung CRC checksum pada frame yang diterima, dan dibandingkan dengan checksum yang diterima, jika berbeda, berarti frame rusak

CRC

• CRC menggunakan prinsip modulo bilangan.

• Data dianggap sebagai sebuah bilangan, dan untuk menghitung checksum, sama dengan menambahkan digit untuk data dengan digit untuk checksum (berisi 0) kemudian dibagi dengan pembilang tertentu, dan sisa pembagiannya menjadi checksum untuk data tsb • Tergantung pemilihan bilangan pembagi, CRC dapat

mendeteksi single-bit error, double bit error, error berjumlah ganjil, burst error dengan panjang maks r • Bilangan pembagi disebut sebagai generator

(15)

29

• Operasi penambahan dan pengurangan = XOR

CRC – modulo arithmetic

1100 1010 0110 + 1100 1010 0110 -100100 101 011 000 110 101 110 101 11 1011 101

CRC

• Contoh: data memiliki m bit

– 1001, m = 4

• Generator memiliki panjang r bit

– 101, r = 3

• Tambahkan r-1 bit 0 ke data:

– 100100

• Bagi bilangan ini dengan generator, sisanya (11) adalah checksum • Tambahkan checksum ke data asal: • 100111 100100 101 011 000 110 101 110 101 11 1011 101

(16)

31

CRC

• Pada sisi penerima, cukup membagi data yang diterima dengan generator. Jika sisanya bukan 0, berarti terjadi

kesalahan

• Jika sisanya 0, berarti tidak terjadi kesalahan, sesuai

dengan kriteria generator yang digunakan 101111 101 001 000 011 000 111 101 10 1001 101

Hamming distance

• Jumlah bit yang berbeda antara dua buah kode disebut sebagai hamming distance

– 1110 dan 1111 memiliki 1 bit yang berbeda: d=1 – 1010 dan 1100 memiliki 2 bit yang berbeda: d=2

• Jika setiap kode yang valid memiliki perbedaan minimum h bit, maka setiap kesalahan yang < h bit dapat dideteksi • Kode yang error dapat diperbaiki jika ia memiliki jumlah

perbedaan yang lebih sedikit ke kode valid tertentu

• Untuk memperbaiki d bit error, diperlukan jarak minimum antar kode valid 2d+1

(17)

33 • Untuk mengkoreksi 1 bit error,

diperlukan

• Dengan metode Hamming, check bits ditambahkan pada posisi bit pangkat 2: 1, 2, 4, 8 dst

• Setiap bit berkontribusi kepada checkbit pembentuknya: 11=1+2+8

Hamming distance

r

m

r

_≥

₁

₊

2

r=jumlah bit untuk error detection m=jumlah bit kode asal

r 2r _m 1 2 0 2 4 1 3 8 4 4 16 11 5 32 26 6 64 57 7 128 120 8 256 247

Error-Correcting Codes

(18)

35

Materi

• Prinsip dasar

• Error handling

• Flow control

Flow control

• Mengendalikan aliran transmisi data, sehingga pengirim tidak membanjiri penerima

• Dapat dilakukan pada layer data link maupun layer di atasnya

– Stop and wait protocol – sliding window

(19)

Karakteristik channel transmisi

• bit rate: jumlah bit yang dikirim setiap satuan waktu

• transmission delay/latency: waktu yang diperlukan sebuah bit untuk mencapai tujuan • error rate: probabilitas terjadinya kesalahan saat

transmisi

• transmission time: waktu yang diperlukan untuk mengirim sebuah frame. Untuk frame dengan ukuran L, maka transmission time=L/bit rate

37

Stop and wait protocol

• mengirim sebuah frame pada setiap saatnya, dan menunggu konfirmasi penerima (ACK) sebelum mengirimkan frame berikutnya

frame

frame ack

(20)

Stop and wait protocol

• utilisasi kanal rendah: setiap pengiriman frame memerlukan waktu: transmission time+2*latency

• Jika latency jauh lebih besar dari transmission time, maka utilisasinya akan sangat rendah

– contoh: pada 1 Mbps link antara stasiun bumi dan satelit dengan jarak 36 km.

• t trans untuk 8000 bit frame: 8000/106_=8ms

• latency=36km/3X108_=120ms 39 prop trans trans t t t U * 2 + =

• pengirim dapat mengirim hingga w (ukuran window) buah frame tanpa harus menerima konfirmasi terlebih dahulu

• penerima harus memiliki buffer yang mampu menampung n buah frame

• frame memiliki nomor

identitas (sequence number) • ack menyatakan frame

terakhir yang diterima sesuai urutan

sliding window protocol

frame

ack

(21)

sliding window protocol

• utilisasi kanal:

– jika w x t trans > 2 x latency, maka dapat dicapai utilisasi 100% (pengirim dapat melakukan pengiriman frame secara kontinu

– jika w x t trans < 2 x latency:

41 prop trans trans t t t w U * 2 * + =

sliding window protocol

• window pengirim: menyatakan frame yang telah dikirim namun masih belum menerima ack. Setiap menerima ack, batas bawah akan

digeser. Setiap mengirimkan frame baru, batas atas akan bergeser. Pada unreliable link, frame-frame ini harus disimpan pada buffer pengirim • window penerima: menyatakan frame yang

dapat diterima. Setiap menerima frame pada batas bawah, window akan bergeser

(22)

sliding window protocol

43 0 ₁ 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

window pengirim window penerima

ARQ

• konfirmasi/ack untuk flow control digunakan pula untuk error control: positive ack berarti data telah diterima dengan benar, negative ack berarti frame diterima rusak.

• pengirim menggunakan timeout untuk

pengiriman ulang frame yg belum mendapat ack, sehingga pengiriman ulang dilakukan

secara otomatis, disebut sebagai protokol ARQ (automatic repeat request)

(23)

stop and wait ARQ

• disebut juga sebagai PAR protocol (Positive Acknowledgment/Retransmission)

• one bit sliding window ARQ

• ACK dapat dititipkan pada frame data, disebut sebagai piggybacking

• prinsip kerja:

– pengirim mengirim frame, lalu menunggu ack – jika terjadi timeout, frame dikirim ulang

– penerima mengabaikan frame yang terduplikasi (namun tetap mengirimkan ack)

– penerima mengabaikan frame yang rusak

45

Protocol Definitions

Continued Æ

Some definitions needed in the protocols to follow. These are located in the file protocol.h.

(24)

47

Protocol

Definitions

(ctd.)

Some definitions needed in the protocols to follow. These are located in

the file protocol.h.

48

(25)

49

A One-Bit Sliding Window Protocol

(ctd.)

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.

(26)

Go Back N ARQ

• sliding window dengan window size pengirim N, window size penerima 1

• pengirim menyimpan semua frame yang belum mendapat ACK pada buffer

• jika tidak ada error, penerima akan mengirim ACK dengan nomor frame terakhir yang telah diterima berurutan

• jika terjadi error, penerima akan menolak frame hingga menerima frame yang memiliki nomor yang sesuai dengan yang diinginkan. Pengirim akan timeout dan mengirimkan ulang semua frame pada buffer

• variant: saat menerima frame error, penerima mengirimkan NAK/REJ.

51

A Protocol Using Go Back N

Pipelining and error recovery. Effect on an error when (a)Receiver’s window size is 1.

(27)

53

Sliding

Window

Protocol

Using Go

Back N

Continued Æ 54

Sliding Window Protocol Using Go Back N

(28)

55

Sliding Window Protocol Using Go

Back N

Continued Æ

(29)

57

Sliding Window Protocol Using Go Back N

(2)

Simulation of multiple timers in software.

selective repeat

• sliding window dengan window size pengirim dan penerima > 1

• penerima dapat menerima frame yang tidak berurutan, sepanjang masih berada dalam window penerima.

• saat menerima frame rusak, penerima akan mengirim pesan SREJ berisi nomor frame yang rusak, dan pengirim akan mengirim ulang hanya frame tersebut saja

(30)

selective repeat

• mengurangi retransmisi, sehingga utilisasi kanal tinggi

• memerlukan buffer pada pengirim dan penerima • lebih kompleks, sehingga jarang digunakan • diterapkan pada komunikasi yang memiliki

latency tinggi, seperti link satelit

59

60

(31)

61

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

62

A Sliding Window Protocol Using Selective Repeat (3)

(32)

63

(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.

(33)

65

Protocol Verification

• Finite State Machined Models

• Petri Net Models

Finite State Machined Models

(34)

67

Petri Net Models

A Petri net with two places and two transitions.

Petri Net Models (2)

(35)

69

Materi

• Prinsip dasar

• Contoh: HDLC, PPP

Example Data Link Protocols

• HDLC – High-Level Data Link

Control

(36)

71

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.

(37)

73

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.

(38)

75

PPP – Point to Point Protocol (2)

A simplified phase diagram for bring a line up and down.