Die Datenverbindungsschicht ist die zweite Schicht im Open Systems Interconnection (OSI)-Modell. Es übernimmt den zuverlässigen Transport von Datenpaketen über physische Netzwerke, verwaltet die Fehlererkennung und -korrektur und regelt den Netzwerkzugriff.
Historischer Kontext der Datenverbindungsschicht
Das Konzept der Datenverbindungsschicht geht auf die Entwicklung des OSI-Modells in den späten 1970er und frühen 1980er Jahren durch die Internationale Organisation für Normung (ISO) zurück. Dieses Modell wurde konzipiert, um eine offene Umgebung für die Entwicklung und Interoperabilität zwischen Netzwerkgeräten und Software zu schaffen. Das OSI-Modell unterteilt den komplexen Prozess der Computer-zu-Computer-Kommunikation in sieben überschaubare Schichten. Die Datenverbindungsschicht ist die zweite Schicht und wurde entwickelt, um eine zuverlässige und effiziente Datenübertragung zwischen Geräten über ein physisches Medium zu ermöglichen.
Tieferer Einblick in die Datenverbindungsschicht
Die Datenverbindungsschicht erfüllt mehrere wichtige Funktionen innerhalb des OSI-Modells:
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Frame-Synchronisation: Es unterteilt den von der Netzwerkschicht empfangenen Bitstrom in verwaltbare Dateneinheiten, sogenannte Frames.
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Physische Adressierung: Wenn die Frames an verschiedene Systeme im Netzwerk verteilt werden sollen, fügt die Datenverbindungsschicht dem Frame einen Header hinzu, um die physische Adresse des Zielcomputers zu definieren.
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Ablaufsteuerung: Wenn die Rate, mit der Daten vom Empfänger empfangen werden, geringer ist als die vom Sender erzeugte Rate, erzwingt die Datenverbindungsschicht einen Flusskontrollmechanismus, um eine Überlastung des Empfängers zu vermeiden.
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Fehlerkontrolle: Es erhöht die Zuverlässigkeit der physikalischen Schicht, indem es Mechanismen zur Erkennung und erneuten Übertragung beschädigter oder verlorener Frames hinzufügt. Es verhindert auch die Duplizierung von Frames mithilfe von Bestätigungssystemen.
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Zugangskontrolle: Wenn zwei oder mehr Geräte mit derselben Verbindung verbunden sind, sind Datenverbindungsprotokolle erforderlich, um zu bestimmen, welches Gerät zu einem bestimmten Zeitpunkt die Kontrolle über die Verbindung hat.
Die interne Struktur der Datenverbindungsschicht
Die Datenverbindungsschicht ist in zwei Unterschichten unterteilt, um ihre Funktionen effektiv ausführen zu können:
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Logical Link Control (LLC): Diese obere Unterschicht ist für die Frame-Synchronisierung, Flusskontrolle und Fehlerprüfung verantwortlich.
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Medienzugriffskontrolle (MAC): Die untere Unterschicht, MAC, ist dafür verantwortlich, wie ein Gerät im Netzwerk Zugriff auf die Daten und die Erlaubnis zur Übertragung erhält.
Hauptmerkmale der Datenverbindungsschicht
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Rahmen: Beim Framing werden Frames aus den Datagrammen oder Paketen der Netzwerkschicht erstellt. Diese Frames werden zur Weiterleitung an die physikalische Schicht gesendet.
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Physische Adressierung: Bietet eine eindeutige Identifizierung für jedes Gerät im Netzwerk.
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Fehler- und Flusskontrolle: Es gewährleistet eine zuverlässige Verbindung durch die Anwendung von Techniken zur Fehlererkennung/-korrektur und Flusskontrolle.
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Zugangskontrolle: Definiert die Regeln für die Geräteübertragung.
Arten der Datenverbindungsschicht
Die Protokolle der Datenverbindungsschicht können basierend auf der Art des Netzwerks, in dem sie betrieben werden, klassifiziert werden:
| Art des Netzwerks | Protokoll |
|---|---|
| Lokales Netzwerk (LAN) | Ethernet, Token Ring |
| Metropolitan Area Network (MAN) | Distributed Queue Dual Bus (DQDB) |
| Wide Area Network (WAN) | Point-to-Point Protocol (PPP), High-Level Data Link Control (HDLC) |
Nutzung der Datenverbindungsschicht und damit verbundene Probleme/Lösungen
Die Datenverbindungsschicht bildet das Rückgrat der Datenübertragung über Netzwerke. Es ist an mehreren Anwendungen beteiligt, beispielsweise an LAN- und WAN-Netzwerken, der Identifizierung von Netzwerkgeräten und der Einrichtung eines zuverlässigen Kommunikationskanals. Es treten jedoch auch Probleme wie Kollision, Datenbeschädigung und Überlastung auf. Diese Probleme werden durch Kollisionserkennungsalgorithmen, Fehlererkennungs- und -korrekturcodes bzw. Flusskontrollmechanismen behoben.
Vergleichende Analyse der Datenverbindungsschicht
Die folgende Tabelle zeigt den Vergleich zwischen der Datenverbindungsschicht und angrenzenden Schichten:
| OSI-Schicht | Funktionen |
|---|---|
| Physikalische Schicht | Überträgt Rohbitstrom über das physische Medium |
| Datenübertragungsebene | Framet Datenpakete, führt eine Fehlerkontrolle durch und verwaltet den Zugriff auf das physische Medium |
| Netzwerkschicht | Verwaltet Routing und Paketweiterleitung |
Zukunftsperspektiven und Technologien
Während sich die Netzwerktechnologie weiterentwickelt, wird die Datenverbindungsschicht weiterhin neue Techniken für eine bessere Datenübertragung anpassen und integrieren. Technologien wie Quantennetzwerke und 5G- oder 6G-Netzwerke erfordern Protokolle der Datenverbindungsschicht, um höhere Datenraten, geringere Latenzzeiten und erhöhte Netzwerkkapazitäten zu bewältigen.
Proxyserver und die Datenverbindungsschicht
Proxyserver, die als Vermittler für Anfragen von Clients fungieren, die Ressourcen von anderen Servern suchen, arbeiten auf der Anwendungsebene des OSI-Modells. Allerdings spielt die Datenverbindungsschicht immer noch eine Rolle, da die Daten diese Schicht durchlaufen müssen, um ihr Ziel zu erreichen. Proxyserver können die Fehler- und Flusskontrollmechanismen der Datenverbindungsschicht nutzen, um eine zuverlässige Datenübertragung sicherzustellen.
