Rechnernetze

Einfache Leitungsprotokolle

Die Aufgabe eines Leitungsprotokolls besteht darin, Datenblöcke zuverlässig, unverfälscht, schnell und mit möglichst geringem Aufwand von einer Station (DEE=Datenendeinrichtung, auch DTE=Data Terminal Equipment) zu einer anderen zu transportieren. Dabei wird davon ausgegangen, daß sich zwischen zwei solchen Stationen nur eine Leitung befindet, die auch als Datenübertragungseinheit (DÜE, auch DCE=Data Communication Equipment) bezeichnet wird. Es soll sich (zumindest logisch) zwischen beiden keine weitere Station befinden; insbesondere soll die DÜE nicht die Werte, die eine Station absendet, verändert an die andere Station weiterreichen (außer im Falle eines Übertragungsfehlers). Außerdem sollen beide Stationen im Duplex-Betrieb arbeiten, also Daten sowohl senden als auch empfangen können. Wir erhalten also das folgende Modell:

Soll die DÜE gleichfalls dargestellt werden, oblgeich sie für den logischen Ablauf keine Rolle spielt, so schreiben wir:

Statt von DÜE wird vor allem in der Informationstheorie auch von einem Kanal (channel) gesprochen. Wir verwenden hier beide Bezeichnungen mit gleicher Bedeutung. Die oben eingeführten Begriffe sollen noch etwas genauer erläutert werden.

	Zuverlässige Übertragung liegt vor, wenn ein abgesendeter Datenblock mit großer Wahrscheinlichkeit am Ziel eintrifft.
	Unverfälschte Übertragung liegt vor, wenn die Daten (d.h. Bitfolgen) in einem Datenblock mit großer Wahrscheinlichkeit unverfälscht am Ziel ankommen.
	Schnelle Übertragung liegt vor, wenn die Datenblöcke mit möglichst geringer Verzögerung am Ziel eintreffen, d.h. die Übertragungszeit eines Blocks möglichst klein ist. Die Übertragungszeit bemißt die Zeit von der Bereitstellung eines Datums zur Übertragung beim Sender bis zu der Zeit, zu der das Datum beim Empfänger verfügbar ist.
	Effiziente Übertragung liegt vor, wenn die Ausnutzung des Kanals möglichst hoch ist, d.h. die redundante Information, die zur Sicherung, für den Quittungsverkehr oder für andere Steuerungszwecke beigefügt werden muß, möglichst gering ist. Die Belegung eines Kanals mit derartiger Information wird auch als zusätzliche Last oder Overhead bezeichnet. Ist der Overhead gering, so kann der Durchsatz (throughput), der die Anzahl der übertragenen Information in einer Zeiteinheit (meist Sekunden) mißt, sehr hoch werden.
	Die Auslastung (utilization) eines Geräts, z.B. der DÜE, ist hoch, wenn dieses Gerät relativ viel benutzt wird; eine hohe Auslastung verringert die Kosten je Auftrag und ist daher anzustreben.
	Hohe Verfügbarkeit ist gegeben, wenn die DÜE möglichst zu jeder Zeit benutzt werden kann. In der Kommunikationstechnik hat das Telefon eine sehr hohe Verfügbarkeit erreicht, da garantiert wird, daß ein Anschluß nur wenige Stunden in mehreren Jahren nicht betriebsbereit ist. Die Verfügbarkeit von Rechnernetzen ist gegenwärtig sehr viel geringer, da die Kommunikationsanforderungen andere sind.

Die genannten Anforderungen sind sehr widersprüchlich. So kann zwar praktisch jede Übertragungsrate auch mit hoher Verfügbarkeit bereitgestellt werden, wodurch jedoch hohe Kosten entstehen. Teilt man sich ein Übertragungsmedium mit anderen Teilnehmern, so sinken die Kosten, aber die Verzögerungszeiten steigen. Hohe Auslastungen können die Fehlerwahrscheinlichkeit ungünstig beeinflussen, welche wiederum durch kostenintensive Maßnahmen gesenkt werden kann. Daher müssen beim Entwurf von Nachrichtensystemen neben Fragen der Übertragungsleistung auch die anderen erwähnten Randbedingungen angemessen berücksichtigt werden.

Im folgenden werden anhand einiger einfacher Verfahren Maßnahmen untersucht, die den gestellten Anforderungen genügen sollen, also insbesondere eine sichere und unverfälschte Datenübertragung gewährleisten, den Durchsatz und die Auslastung der DÜE hoch und die Übertragungszeit gering halten.