Um Daten über ein großes Netz, z. B. ein WAN, zu transportieren, können die Daten über viele verschiedene Verbindungen laufen. Diese Verbindungen werden Links genannt, weil sie die Geräte miteinander „verbinden“. Jede Art von Verbindung hat eine andere Rahmenstruktur und verwendet andere Adressen und Protokolle.
Der Prozess der Verkapselung von Daten, des Transports über eine Verbindung und der Entkapselung am Ende der Verbindung wiederholt sich immer wieder, wenn die Daten ihre Reise antreten.
Die Analogie des „speziellen Umschlags“
Stellen Sie sich eine Welt vor, in der wir Briefe verschicken, indem wir sie in verschiedene Arten von Umschlägen für verschiedene Transportsysteme (d.h. Arten von Verbindungen) stecken; die Adressen, die wir auf die Umschläge schreiben, bringen den Umschlag nur über einen bestimmten Abschnitt des Transportsystems.
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Das Transportsystem zwischen Häusern und Postämtern verwendet weiße Umschläge. Die einzigen Dinge, die auf weiße Umschläge geschrieben werden können, sind eine Hausnummer, eine Straße und der Name eines örtlichen Postamtes.
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Für das Transportsystem zwischen Postämtern werden rote Umschläge verwendet. Das Einzige, was auf rote Umschläge geschrieben werden kann, sind die Namen der Postämter.
- Der Absender schreibt einen Brief mit der vollständigen Adresse der Person, an die er ihn schicken will.
- Dann steckt er ihn in einen weißen Umschlag, der nur an das örtliche Postamt adressiert ist.
- Das Postamt öffnet den Umschlag und sieht sich die vollständige Adresse oben auf dem Brief an, um zu sehen, wohin er geht.
- Dieser Vorgang kann sich über mehrere Postämter hinweg wiederholen.
- Wenn der Brief bei einem Postamt ankommt, das die vollständige Adresse als lokal erkennt, steckt es den Brief in einen weißen Umschlag, der an das Zielhaus und die Straße adressiert ist.
Auf jeder Etappe befindet sich der Umschlag in der richtigen Verpackung für den jeweiligen Abschnitt der Reise und enthält nur die lokalen Adressen, um den Brief über diesen Abschnitt oder diese Verbindung zu befördern.
Beachte, dass die Postämter, anders als es hier aussieht, den Inhalt unseres Briefes nicht lesen können – mehr dazu später im Kurs.
Die Datenverbindungsschicht
Wie hängt das mit den Netzwerken der realen Welt zusammen? Wie transportieren wir Daten über eine Verbindung?
- Die zu transportierenden Daten kommen von der Netzwerkschicht des Senders. Dies ist der Teil des Netzwerkbetriebssystems eines Geräts, der sich mit der externen Kommunikation befasst – Sie werden nächste Woche mehr darüber erfahren.
- Die Daten müssen in einen Rahmen gekapselt, in das entsprechende elektrische, drahtlose oder optische Signal für den Typ des Übertragungsmediums umgewandelt und schließlich über das Medium übertragen werden.
- Beim Empfang der Daten wird dieser Prozess umgekehrt: Das Signal wird dekodiert, die Daten werden aus dem Rahmen entkapselt und an die Netzwerkschicht des Empfängers weitergeleitet.
Die oben genannten Prozesse bezeichnen wir als Teil der Datenverbindungsschicht. Dabei handelt es sich um eine Kombination aus Software und Hardware, die in die Netzwerkkarte (NIC) oder den Netzwerkadapter eingebaut ist. Ein moderner Computer verfügt in der Regel über drei separate Datenverbindungsschichten für Ethernet, drahtlose Kommunikation und Bluetooth und schaltet je nach Bedarf die entsprechende Schicht ein.
In dem Teil des Betriebssystems eines Geräts, der sich mit der Vernetzung befasst, sitzt die Datenverbindungsschicht zwischen der Netzwerkschicht und den physischen Anschlüssen, die das Gerät mit den Übertragungsmedien verbinden.
Die Datenverbindungsschicht in Aktion
Sie stellen sich vielleicht vor, dass die Datenverbindungsschicht eines Geräts direkt mit der Datenverbindungsschicht eines anderen Geräts kommuniziert. Die Verbindung erfolgt jedoch über das physikalische Medium.
- Die Netzwerkschicht in einem Gerät möchte einige Daten über eine Art von Verbindung an die Netzwerkschicht in einem anderen Gerät senden.
- Auf dem sendenden Gerät gibt die Netzwerkschicht die Daten an die entsprechende Datenverbindungsschicht weiter. Diese Schicht kapselt die Daten, um einen Rahmen zu erstellen, und gibt den Rahmen an das Medium weiter.
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Der letzte Teil der Datenverbindungsschicht wandelt die Bits der Rahmen in elektrische, drahtlose oder optische Signale um, die über das Verbindungsmedium gesendet werden.
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Wenn der Rahmen empfangen wird, entkapselt die Datenverbindungsschicht des empfangenden Geräts die Daten des Rahmens und leitet sie an die Netzwerkschicht des Empfängers weiter.
Wir sagen, dass die Datenverbindungsschicht einen Dienst für die Netzwerkschicht erbringt, indem sie ihre Daten in Frames über die Verbindung transportiert.
Das TCP/IP-Modell
Wir können nun beginnen, unser Schichtenmodell von unten nach oben aufzubauen.
Sie können sehen, dass die Datenübertragungsschicht nur die erste oder unterste Schicht eines Schichtenmodells ist, das TCP/IP-Modell. TCP steht für Transmission Control Protocol, und IP steht für Internet Protocol. Beide sind grundlegende Telekommunikationsprotokolle
Das TCP/IP-Modell ermöglicht es, neue Verbindungstechnologien zu entwickeln und in unsere Netze zu integrieren, ohne dass wir alles verwerfen und neu anfangen müssen. Alles, was wir tun müssen, ist, aktualisierte NICs in unseren Geräten zu verwenden. (Da die NICs oft eingebettet sind, müssen wir die Geräte ohnehin austauschen.)
Dank dieses Modells mussten wir das Internet nicht abschalten und ein neues aufbauen, als neue drahtlose Standards oder 3G/4G aufkamen.
Fragen
- Was passiert im TCP/IP-Schichtenmodell, wenn die empfangende Datenverbindungsschicht die Frame Check Sequence (FCS) prüft und feststellt, dass ein Fehler aufgetreten ist?
- Die Datenverbindungsschicht für Ethernet verwendet MAC-Adressen beim Aufbau eines Frames. Brauchen wir Adressen in allen Arten von Frames?