3.1 Übersicht Data Link Layer

Schicht 2 zwischen Bits und Paketen

Die Protokolldateneinheit der Sicherungsschicht heißt Frame. Beim Senden übernimmt die Schicht ein Paket der Vermittlungsschicht als Nutzlast und ergänzt schichtspezifische Steuerinformationen. Dazu können Ziel- und Quelladresse, Protokollkennzeichnung, Längen- oder Typinformation, Priorität und eine Prüfsumme gehören. Die konkrete Struktur hängt vom verwendeten Layer-2-Protokoll ab.

Die Bitübertragungsschicht transportiert die codierten Signale. Schicht 2 erkennt daraus Framegrenzen und wertet den vollständigen Frame aus. Ein Router entfernt für jeden durchlaufenen Link den empfangenen Layer-2-Rahmen und erzeugt für den nächsten Link einen neuen. Das IP-Paket kann dabei grundsätzlich erhalten bleiben, während sich die lokalen Linkadressen ändern.

Kernaufgaben der Sicherungsschicht

Nicht jedes Layer-2-Protokoll stellt jede mögliche Funktion bereit. Ethernet erkennt beispielsweise beschädigte Frames über die FCS und verwirft sie normalerweise, korrigiert die enthaltenen Bits aber nicht selbst. Eine erneute Übertragung kann je nach Technik auf Schicht 2 erfolgen, im klassischen Ethernet übernimmt die Wiederherstellung jedoch eine höhere Schicht oder die Anwendung.

MAC und LLC als Teilschichten

Das IEEE-802-Referenzmodell gliedert Schicht 2 in Logical Link Control, LLC, und Media Access Control, MAC. Die MAC-Teilschicht ist eng mit dem konkreten LAN-Verfahren verbunden. Sie umfasst unter anderem MAC-Adressierung, Frameformat und Medienzugriff. Ethernet ist in IEEE 802.3, WLAN-MAC in IEEE 802.11 beschrieben.

LLC nach IEEE 802.2 stellt eine gemeinsame Schnittstelle oberhalb unterschiedlicher IEEE-802-MAC-Verfahren bereit und kann höhere Protokolle kennzeichnen. In heutigen Ethernet-Netzen ist Ethernet II mit EtherType weit verbreitet; LLC/SNAP begegnet weiterhin in bestimmten Protokollen und Kapselungen. LLC ist daher ein wichtiges Architekturkonzept, aber nicht als zusätzlicher sichtbarer Header in jedem Ethernet-Frame vorhanden.

MAC-Adressen und lokale Zustellung

MAC-Adressen kennzeichnen Sender und Empfänger auf dem lokalen Ethernet-Link. Ein Switch nutzt sie für die Zustellung innerhalb eines VLANs; ein Router bildet die Grenze zum nächsten Layer-2-Netz und erzeugt dort einen neuen Frame. Aufbau und Adressarten behandelt 3.2, das Lernen und Weiterleiten eines Switches 3.5 ausführlich.

Fehler erkennen ist nicht automatisch Fehler korrigieren

Schicht 2 kann Übertragungsfehler erkennen, korrigiert sie aber nicht grundsätzlich. Ethernet verwirft Frames mit fehlerhafter FCS; eine notwendige Wiederholung übernimmt eine dafür vorgesehene höhere Schicht oder Anwendung. Berechnung und Auswertung von FCS und CRC werden in 3.2 erklärt.

Medienzugriff hängt von der Technik ab

Auf einem gemeinsam genutzten Medium muss geregelt werden, wann eine Station senden darf. Historisches Halbduplex-Ethernet verwendete CSMA/CD. Moderne geswitchte Ethernet-Links arbeiten gewöhnlich vollduplex und benötigen keinen konkurrierenden Medienzugriff. WLAN verwendet weiterhin CSMA/CA, weil mehrere Stationen denselben Funkkanal teilen. Die Verfahren wurden in 2.5 ausführlich verglichen.

Bridges, Switches und VLANs

Ein Ethernet-Switch ist eine mehrportige Bridge. Er verbindet Layer-2-Segmente und trennt mit VLANs Broadcast-Domänen; Routing zwischen VLANs benötigt eine Layer-3-Funktion. MAC-Lernen und Frameweiterleitung folgen in 3.5, redundante schleifenfreie Topologien in 3.6.

Layer-2-Verfahren einordnen

Flusskontrolle richtig einordnen

Flusskontrolle ist keine garantierte Grundfunktion jedes Layer-2-Protokolls. Linklokale Ethernet-Verfahren dürfen insbesondere nicht mit der Ende-zu-Ende-Flusskontrolle von TCP verwechselt werden. PAUSE, Puffer und ihre betrieblichen Grenzen werden zusammenhängend in 3.5 behandelt.

Fehlersuche auf Schicht 2

• Ein aktives Linklicht beweist keine fehlerfreie Frameübertragung.
• Eine IP-Adresse gehört zu Schicht 3 und erklärt nicht allein die Layer-2-Erreichbarkeit.
• Paketmitschnitt, Switch-Zähler und MAC-Tabelle müssen gemeinsam und am richtigen Messpunkt bewertet werden.