The Data Link Layer

1
The Data Link Layer

• Chapter 3

2
Tugas dari Data Link Layer

• Melayani Network Layer
• Membuat Framing
• Error Control
• Flow Control

3
Verifikasi Protokol

• Finite State Machined Models
• Petri Net Models

4
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.

5
Functions of the Data Link Layer (2)

• Hubungan antara paket dan frame

6
Services Provided to Network Layer

• (a) Virtual communication.
• (b) Actual communication.

7
Framing

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

8
Framing (2)

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

9
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
• receivers memory after destuffing.

10
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

11

• Posisi 1 bergantian ada 1bit dan tidak ada 1bit
  ada 1bit, gak ada 1 bit,ada 1bit..
• Posisi 2 bergantian ada 2 bit dan tidak ada 2
  bit ada 2bit, gak ada 2 bit,ada 2bit..
• Posisi 4 bergantian ada 4 bit dan tidak ada 4
  bit ada 4 bit, gak ada 4 bit,ada 4 bit..
• 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

12
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
• Jumlah bit 1 ganjil paritas 1

13

• 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

14
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

15
Error-Correcting Codes

• Use of a Hamming code to correct burst errors.

16
Error-Detecting Codes
Calculation of the polynomial code checksum.
17
Elementary Data Link Protocols

• An Unrestricted Simplex Protocol
• A Simplex Stop-and-Wait Protocol
• A Simplex Protocol for a Noisy Channel

18
Physical Layer Protocols Services

• Describe the role of bits in representing a frame
  as it is transported across the local media.

19
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

20
Protocol Definitions
Continued ?
Some definitions needed in the protocols to
follow. These are located in the file protocol.h.
21
Protocol Definition (cont)
Some definitions needed in the protocols to
follow. These are located in the file
protocol.h.
22
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

23

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

24
Unristricted Simplex Protocol
25

• 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

26

• 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

27
Simplex Stop-and-Wait Protocol
28

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

29

• 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

30

• 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?

31
A Simplex Protocol for a Noisy Channel
A positive acknowledgement with retransmission
protocol.
Continued ?
32
A Simplex Protocol for a Noisy Channel (ctd.)
A positive acknowledgement with retransmission
protocol.
33

• 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

34

• 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

35
m
m 1
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

36

• 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
37

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

38
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
39

• 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

40
Sliding Window Protocols

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

41

• 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)
42
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
43

• 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 gt time out sender
• sender retransmit data

44

• 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
45

• 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

46

• 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
47

• 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
48
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.

49
A One-Bit Sliding Window Protocol
Continued ?
50
A One-Bit Sliding Window Protocol (cont)
51
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.

52
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.

53

• Untuk mengatasi akan diblok w26 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/(LbR)
• Bila LltbR. Berapa efisiensi-nya?

54

• 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

55
A Protocol Using Go Back N

• Pipelining and error recovery. Effect on an
  error when
• (a) Receivers window size is 1.
• (b) Receivers window size is large.

56
Sliding Window Protocol Using Go Back N
Continued ?
57
Sliding Window Protocol Using Go Back N
Continued ?
58
Sliding Window Protocol Using Go Back N
Continued ?
59
Sliding Window Protocol Using Go Back N
60

• 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

61
Sliding Window Protocol Using Go Back N (2)

• Simulation of multiple timers in software.

62
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

63
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
• acknowledged.

64
A Sliding Window Protocol Using Selective Repeat
Continued ?
65
A Sliding Window Protocol Using Selective Repeat
(2)
Continued ?
66
A Sliding Window Protocol Using Selective Repeat
(3)
Continued ?
67
A Sliding Window Protocol Using Selective Repeat
(4)
68
Protocol Verification

• Finite State Machined Models
• Petri Net Models

69

• 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.

70
Finite State Machined Models

• (a) State diagram for protocol 3. (b)
  Transmissions.

71
Petri Net Models

• A Petri net with two places and two transitions.

72
Petri Net Models (2)

• A Petri net model for protocol 3.

73
Example Data Link Protocols

• HDLC High-Level Data Link Control
• The Data Link Layer in the Internet

74
High-Level Data Link Control

• Frame format for bit-oriented protocols.

75
High-Level Data Link Control (2)

• Control field of
• (a) An information frame.
• (b) A supervisory frame.
• (c) An unnumbered frame.

76
The Data Link Layer in the Internet

• A home personal computer acting as an internet
  host.

77
PPP Point to Point Protocol

• The PPP full frame format for unnumbered mode
  operation.

78
PPP Point to Point Protocol (2)

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

79
PPP Point to Point Protocol (3)

• The LCP frame types.