Projektgruppe Mobile und Drahtlose Netzwerkkommunikation

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ProjektgruppeMobile und Drahtlose
Netzwerkkommunikation

• Matthias Grünewald Christian Schindelhauer
• Stefan Rührup Klaus Volbert

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Grundlagen Netzwerke

• Aus Tanenbaum, Computer Networks

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OSI-Schichtenmodell
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Schnittstellen und Kommunikation
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Schichtenkurz-beschreibung

• Physikalische Schicht
• Beschreibung Übertragung einzelner Bits
  (Frequenz, Amplitude Modulation, Demodulation)
• Verbindungsschicht (Sicherungsschicht)
• Mediumzugriffsschicht (Medium Access Control
  MAC Layer)
• Wer darf senden?
• Logical Link Control Layer (LLC-Layer)
• Bestätigungen, Fehlerkontrolle,
  Kontrollnachrichten

• Netzwerkschicht
• Routing
• Congestion Control
• Transportschicht
• Zerlegung Datenströme in Pakete
• End-to-End-Schicht
• Congestion Control
• Sitzungsschicht
• Steuert Kommunikation zwischen Endgeräte
• Synchronisation
• Präsentationsschicht
• Interpretation der Daten
• Anwendungsschicht
• Email, FTP, HTTP

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Reduziertes Schichtenmodell

• Tanenbaum beschränkt sich auf

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Physikalische Schicht (I)
Elektromagnetische Frequenzbereiche
Arbeitsbereich
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Physikalische Schicht (II)El.magn. Wellen

• Geradlinige Ausbreitung im Vakuum
• Einschränkung durch
• Dämpfung in der Luft (insbesondere HV, VHF)
• Abschattung
• Reflektion
• Streuung an kleinen Hindernissen
• Beugung an scharfen Kanten

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Physikalische Schicht (III)El.magn. Wellen

• Mehrwegeausbreitung (Multiple Path Fading)
• Signal kommt aufgrund von Reflektion, Streuung
  und Beugung auf mehreren Wegen beim Empfänger an
• Zeitliche Streuung führt zu Interferenzen
• Fehlerhafter Dekodierung
• Abschwächung
• Probleme durch Mobilität
• Kurzzeitige Einbrüche (schnelles Fading)
• Andere Übertragungswege
• Unterschiedliche Phasenlage
• Langsame Veränderung der Empfangsleistung
  (langsames Fading)
• Durch Verkürzen, Verlängern der Entfernung
  Sender-Empfänger

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Physikalische Schicht (IV)Empfang von Daten

• Empfangsleistung Sendeleistung ?
  Abstandsverlust
• Abstandsverlust (path loss) 1/rß
• ß ? 2,5
• Signal zu Interferenz Rauschverhältnis(Signal
  to Interference Noise Ration ? SINR)
• S Empfangsleistung von gewünschten Sender
• I Empfangsleistung von störenden Sender(n)
• N Sonstiges Störungen (z.B. Rauschen)
• Notwendig

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Data Link Layer (I)

• Drei grundsätzliche Alternativen
• Nichtbestätigtes verbindungsloser Dienst
• Bestätigter verbindungsloser Dienst
• Bestätigter verbindungsorientierter Dienst
• Framing (Rahmenkontrolle)
• Zeichenzählen
• Start-/End-symbole
• Start-/End-Flags
• Erkennung durch physikalische Schicht

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Data Link Layer (II)

• Fehlerkontrolle
• Checksums
• Fehlerkorrigierende Codes
• Flußkontrolle
• Kann der Empfänger Daten nicht bearbeiten, muß
  der Sender unterrichtet werden
• Vermeidung von Deadlocks
• Z.B. A wartet auf B und B auf A
• Kann vermdieden werden durch
• Zustandsdiagrammbeschreibung der Verbindung
• Petri-Netz-Modell

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Data Link Layer (III)MAC-Layer

• Kollisionsfreie Protokolle
• Bit-Map-Protokoll
• Binary Countdown
• Limited Contention
• Adaptive Tree Walk
• Wavelength Divsion Multiple Acess (WDMA)
• Bestimmte Zeitslots sind reserviert für die
  Mediumzugriffskontrolle

• Mediumzugriff ist eines der Hauptprobleme von
  mobilen Netzwerken
• Multiple Access Protocols
• Back-Off-Protokolle
• ALOHA, Pure Aloha, Slotted Aloha
• Carrier Sense Multiple Access Protocols (CSMA)
• p-persistent CSMA
• Zuerst Kanal abhören, dann senden mit Wkeit p
  senden
• CSMA mit Collision Detection (CSMA/CD)

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Data Link Layer (IV)MAC-Layer

• Problem mit CSMA
• Hidden Station Problem
• Exposed Station Problem
• Lösung Multiple Access with Collision Avoidance
• RTS, CTS

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Netzwerkschicht (I)

• Designalternativen
• Virtual Circuit
• Verbindungsorient
• Angelehnt an Telefonsystem
• Verbindung wird aufgebaut
• Und wieder ausgelöst
• Datagrammauslieferungsdienst
• Pakete (Datagramm Data /- Telegramm)
• Werden unabhängig voneinander weitergereicht

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Netzwerkschicht (II)Routing (a)

• Konflikt Fairness und Durchsatz

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Netzwerkschicht (III)Routing (b)

• Shortest Path Routing, z.B
• Minimiere Hops zwischen Sender und Empfänger
• Minimiere (euklidische) Distanz
• Minimiere Energieaufwand
• Flooding
• Sende Paket in jede Richtung außer der
  ursprünglichen
• Selective Flooding
• Sende Paket ungefähr in die richtige Richtung
• Flußbasiertes Routing
• Optimiere Nachrichtendurchsatz

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Netzwerkschicht (IV)Routing (c)

• Distanz-Vektor-Routing
• Dynamische Variante von Shortest Path Routing
• Count-to-Infinity-Problem
• Split-Horizon Hack
• Link State Routing

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Netzwerkschicht (V)Routing (d)

• Routing in mobilen Netzwerken

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Netzwerkschicht (VI)Congestion Control

• In Netzwerkschicht kann hohes Datenaufkommen
  Staus verursachen
• Gegen kurze Spitzenlasten
• Leaky-Bucket-Algorithmus
• u.v.a

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Transportschicht (I)

• Quality of Service (QoS)-Parameter
• Connection establishment delay
• Zeit zum Aufbau einer Verbindung
• Connection establishment failure probability
• Wkeit, dass Verbindung nicht in der Zeit
  aufgebaut wird
• Throughput
• Garantierter Durchsatz

• Transit Delay
• Zeit zwischen Abgang und Eingang der Daten
• Residual error ratio
• Anteil verlorener Daten
• Protection
• Verschlüsselung
• Priority
• Möglichkeit Nachrichten priorisiert zu befördern
• Resilience
• Wkeit, dass Verbindung spontan zusammenbricht

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Transportschicht (II)

• QoS im Internet ??
• Verbindungsaufbau
• Verbindungsende
• Zwei Armeen-Problem

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Transportschicht (III)Congestion Control

• Die beste Staubeseitigung ist weniger Verkehr
• Daher Backoff-Protokolle auch in der
  Transportschicht, z.B.
• AIMD in TCP

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Zusammenfassung

• Nicht alle Schichten müssen implementiert werden
• Für viele Netzwerkschichten gibt es vereinfache
  Algorithmen
• Mobile Ad-Hoc-Netzwerke stellen (mitunter) neue
  Anforderungen
• Z.B. Sendereichweitenanpassung nicht kompatibel
  zu RTS/CTS
• Notwendig
• Vor der Implementation Netzwerkschichten des
  Netzwerks bestimmen und spezifizieren
• Für jede Schicht eine Designentscheidung treffen
• Z.B. Datagramm/Virtual Circuit in Netzwerkschicht

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Vielen Dank

• und viel Erfolg beim Netzwerkentwurf .