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Zitierweise / cite as:
Payer, Margarete <1942 -- >: Computervermittelte Kommunikation. -- Kapitel 7: OSI-1: Physical Layer -- Bitübertragungsschicht. -- Fassung vom 5. Juni 1999. -- URL: http://www.payer.de/cmc/cmcs07.htm. -- [Stichwort].
Erstmals publiziert: 1995
Überarbeitungen: 23. Juni 1997; 5. 6.1999 [grundlegende Neubearbeitung und Erweiterung]
Anlass: Lehrveranstaltungen an der HBI Stuttgart
©opyright: Dieser Text steht der Allgemeinheit zur Verfügung. Eine Verwertung in Publikationen, die über übliche Zitate hinausgeht, bedarf der ausdrücklichen Genehmigung der Verfasserin.
Zur Inhaltsübersicht von Margarete Payer: Computervermittelte Kommunikation.
Die Bitübertragungsschicht bietet folgende Dienste:
Die Bitübertragungsschicht kann u.U. für mehrere parallele Datenströme verwendet werden (Multiplexing auf Leitungsniveau).
Die Bitübertragungsschicht bezieht sich auf folgende Aspekte:
Wichtigste Merkmale der Bitübertragungsschicht:
OSI Service Definition:
WAN:
MAN:
LAN:
Public-switched telephone network:
Public data networks:
ISDN:
Schema einer Nachrichtenstrecke:
|
Darstellung einer Nachrichtenstrecke:
Abb.: Aufbau einer Nachrichtenstrecke
Datenendeinrichtungen können u.a. sein:
Hauptcharakteristika für Datenendeinrichtungen:
Zur Geeignetheit für Behinderte s. Designing a more usable world for all/ Trace Research & Development Center. -- Zugriff am 4. 5. 1999. -- URL: http:/trace.wisc.edu/world/
Physikalische Schnittstellen realisieren Verbindungen auf physischer Ebene.
Wichtige Schnittstellen sind:
Zur parallelen Datenübertragung. Oft zum Anschluss von Druckern verwendet
Abb.: Centronics-Stecker
ITU-T V.24 = EIA (Electronics Industrie Association USA>) RS 232-C = DIN 66 020 T1/05.81
u.a. Schnittstelle für Modems. Eine V.24 Schnittstelle umfasst bis zu 23 Leitungen, meist sind nur 5 oder 7 davon belegt. Die Kabel sollen zwischen DTE und DCE bei 20Kbps nicht länger als 15m sein. (Für längere Leitungen bis 1km gibt es die Standards RS-449/Rs-442/Rs-423). V.28 legt die mechanischen und elektrischen Eigenschaften für V.24 fest.
Die wichtigsten Stifte (Pin) bei einer V.24 Schnittstelle sind:
Pin 1 | frame ground (G) | Schutzerde (Elektrische Erdung) |
Pin 2 | transmit data (TD) | Sendedaten (Datenübertragung) |
Pin 3 | receive data (RD) | Empfangsdaten (Datenempfang) |
Pin 4 | request to send (RTS) | Sendeteil einschalten (Anforderung von Seiten des Computers an das Modem) |
Pin 5 | clear to send (CTS) | Sendebereitschaft (Meldung des Modems, dass es bereit ist, Daten zu senden) |
Pin 6 | data set ready (DSR) | Betriebsbereitschaft (Meldung des Modems an Computer, dass Modem angeschaltet ist) |
Pin 7 | signal ground (SG) | Betriebserde (elektrischer Bezugspunkt für alle Signale) |
Pin 8 | data carrier detect (DCD) | Empfangssignalpegel (teilt dem Computer mit, dass Modem Verbindung mit einem anderen Modem aufgenommen hat) |
Pin 20 | data term ready (DTR) | Endgerät betriebsbereit (teilt dem Modem mit, dass der Computer angeschaltet ist und Verbindungen annehmen kann) |
Sollen zwei DTE (Datenendeinrichtungen) ohne dazwischenliegende DCE's (Datenübertragungseinrichtungen) verbunden werden, kann man dies mit einem sog. Nullmodemkabel tun, bei dem Leitungen so gekreuzt sind, dass die Daten vom Sendedatenstift (Pin 2) des einen Gerätes zum Empfangsdatenstift (Pin 3) des anderen Gerätes geleitet werden.
Abb.: V.24 Stecker, 25 Pin |
Abb.: V.24 Stecker, 9 Pin |
PCMCIA = Personal Computer Memory Card International Association ist ein Zusammenschluss von über 300 Unternehmen. Ihre Aufgabe ist die Standardisierung und Vermarktung von Personal-Computer-Cards. PCMCIA-Schnittstellen wurden ursprünglich für Speicherkarten konzipiert. So entstanden Adapter in Scheckkartenformat. Sie dienen als Massenspeicher, aber auch als Kommunikationsschnittstellen:
PCMCIA- Karten werden völlig in das Gerät geschoben und bedürfen keiner externen Stromversorgung. Die meisten Rechner erkennen die Karten automatisch. Ein Wechsel ist meist sogar während des Betriebes möglich. Nach der Dicke gibt es z.Zt. drei Typen von PCMCIA-Karten. Für Datenkommunikation verwendet man PCMCIA-Typ-II-Karten.
Abb.: PCMCIA-Karte Madge Smart RingNode 16/4 Token Ring (32 KB)
Weiterführende Ressourcen zu PCMCIA:
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FAQ:
X.21 ist die Schnittstelle zu X.25-Netzwerken (Datex-P, Datapac). Nur für Synchronbetrieb vorgesehen. 15 Leitungen sind definiert, meist reichen 8 Leitungen aus.
I.430 NT1 (Network Terminator 1) für ISDN; B-NT1 für B-ISDN. Intelligente Schnittstelle für ISDN.
Abb.: Netzabschlusskasten (NTBA) der Deutschen Telekom (enthält NT1)
Normanschluss der Telekom für Telefone. Es gibt Aufputz- und Unterputzdosen.
Die Dosen sind codiert:
TAE NFN ist also eine Steckdose mit zwei Nichtfernsprech- und einem Fernsprechanschluss.
Abb.: TAE NFN Dose |
Abb.: TAE Stecker |
Western Plug (RJ 45) dient dem Anschluss von Telefonen in den USA und vielen anderen Ländern. Wird von vielen Herstellern als Anschluss auf Endgeräteseite verwendet (z.B. am Telefonapparat).
Abb.: Westernstecker RJ45
Die UAE entspricht der internationalen Norm CEI/IEC 603-7:1990 und dient zum Anschluss von Terminals / Endgeräten an analoge und digitale (ISDN) Netze. UAE-Dosen sind daher universell einsetzbar und können bei einer Umstellung von analog auf ISDN weiter verwendet werden. Ein Reduzierstück verhindert, dass aus Versehen ein ISDN-Terminal an das Analognetz angeschlossen wird.
Abb.: UAE für Unterputzverlegung
Der IBM-Hermaphrodit ist eine universelle, qualitativ hervorragende Verbindung für Niederfrequenzkabel in LANs. Er kann sowohl als Stecker wie als Buchse dienen (deshalb der Name).
Abb.: IBM Hermaphrodit
[Vorlage der Abb.: Kauffels, Franz-Joachim: Moderne Datenkommunikation. -- 2. Aufl. -- Bonn [u.a.] : Thomson, ©1997. -- ISBN 3826640160. -- S. 94. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}]
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Ein Modem wandelt ein digitales Signal so um, dass es auf analoge Weise (als Sinuswelle) übertragen werden kann. Modems können als Modemkarten intern sein oder als Standalone-Geräte extern.
Abb.: Symbolische Darstellung der Umwandlung digital zu analog
Als Signal (das als solches auch auf dem analogen Weg nicht analog ist) können verschiedene Kennzeichen (Signalparameter) der Sinuswelle verwendet werden:
Verbindung über Interface:
Abb.: Modem-Rak
Modulation und Demodulation, die Grundfunktion eines Modem, gehört eindeutig zur Bitübertragungsschicht. Daneben übernehmen moderne Modems auch andere Funktionen der Bitübertragungsschicht sowie auch Funktionen höherer Schichten:
MNP (Microcom Networking Protocol) ist ein De-facto-Standard, der von mehreren Modemherstellern angewandt wird. MNP teilt Modems nach ihren Leistungen in Klassen von 1-9 ein. Ein Modem einer höheren Klasse muss fähig sein mit jedem Modem einer niedereren Klasse zu kommunizieren. Beim Aufbau einer Verbindung (handshaking) legen die beiden Modems die höchste beiden Modems gemeinsam verfügbare Klasse fest.
Klasse:
Connection:
Modem:
Mit Smartmodem 300 führte Hayes ein Modem ein mit einer eigenen Kommandosprache. Dieses Hayes (BASIC) AT Command Set wurde unterdessen ein De-facto-Standard. Dazu führten die verschiedenen Hersteller Erweiterungen ein (Extended AT Command Sets, Enhanced AT Command Sets), die proprietär und nicht standardisiert sind. Bei Zyxel z.B. erkennt man die Extended Commands am Präfix &, die Enhanced Commands am Präfix +.
Hayes Commands oder Command Lines müssen mit der Einleitungssequenz AT (Attend!) beginnen.
Einige Hayes AT Commands:
Initialization String: Bestimmt die Modemeinstellungen für die entsprechende Verbindung. Produktabhängig. Es lohnt sich, beim Kauf eines Kommunikationsprogramms darauf zu achten, dass für das eigene Modem der Initialization String schon angegeben ist
Terminalemulation:
Einstellung des Virtual Terminal
die VT-Reihe ist abwärts kompatibel
File Transfer:
Einstellung des Filetransferprotokolls, das der Host unterstützt und das für Filetransfer benutzt werden soll (Xmodem, Zmodem usw. s.unten).
Session: Einstellungen für die betreffende Verbindung, z.B.:
Workstation:
Einstellungen für die Client-Software, z.B.
Für die Nutzung von TV-Kabel-Netzen zur Datenübertragung sind spezielle Kabelmodems nötig. Ihre höchstmöglichen Übertragungsgeschwindigkeiten (bis 40 MBit pro Sekunde) übersteigt bei weitem die Internetzugänge der meisten Internet Service Provider (so hat z.B. die Swisscom für Internetübertragung über den Atlantik eine Gesamtkapazität von 14 MBit pro Sekunde!). Kabelmodems sollen in Zukunft nicht nur als Peripheriegeräte für Computer dienen, sondern Bestandteil der sogenannten Settop-Boxen sein, die das Fernsehgerät zum Internet-Terminal machen.
"Das Rennen um den zukünftigen Kabelmodem-Standard ist momentan noch in vollem Gange. In Europa wurden Kabelmodems gemäß dem DVB/DAVIC-Standard vorgeschlagen; in den USA wird der von der Cable-Labs definierte Standard MCNS/DOCSIS bevorzugt. Alle bis jetzt eingesetzten Kabelmodems nutzen proprietäre Techniken und werden mit diesen zukünftigen Standards nicht kompatibel sein. Dass der Anwendungsbereich der Kabelmodems nicht nur auf den Transport von Datenpakten (IP-Access) beschränkt sein sollte, ist ein ganz wesentlicher Aspekt, der beim Vergleichen der verschiedenen Standards in Betracht zu ziehen ist. Auch sollten diese Geräte in der Lage sein, verschiedene Dienstgüteklassen (garantierte Bitraten, minimale Bitraten usw.) zu unterscheiden.
MCNS bedeutet Multimedia Cable Network System, DOCSIS steht für Data Over Cable Service Interface Specifications. In den USA wird die Weiterentwicklung dieses Standards durch die Cable Labs [Zugriff am 1.6.1999], eine Organisation der amerikanischen Kabel-TV-Betreiber vorangetrieben. Die Version 1.0 des Standards liegt seit einigen Monaten vor und hat sich bereits in vielen Tests bewährt. Die Cable-Labs hat für viele Hersteller von entsprechenden Ausrüstungen bereits eine Zertifizierung abgegeben. Einige Systeme sind in Betrieb. Für Europa wird dieses System den europäischen Gegebenheiten der Kabel-TV-Netze angepasst. Darum haben sich einige dieser Lieferanten Ende letzten Jahres [1998] organisiert, um einen europäischen MCNS/DOCSIS-Standard zu definieren. ... Die Unterschiede zum amerikanischen Pendant betreffen vor allem die physikalische Schicht.
DVB steht für Digital Video Broadcasting Project, DAVIC ist die Abkürzung von Digital Audio Visual Council. Der technische Ausschuss der europäischen Vereinigung der Kabel-TV-Anbieter (ECCA [Zugriff am 1.6.1999]), die Euro Cable Labs (ECL), favorisiert den Kabelmodem-Standard DVB/DAVIC. Es haben sich deshalb letztes Jahr namhafte Hersteller zu einem Konsortium zusammengeschlossen, um gemeinsam Kompatibilitätstests durchzuführen. ... Erste Geräte befinden sich in Serienproduktion.
Die europäische Norm hat gegenüber dem amerikanischen MCNS/DOCSIS-Standard für Kabelnetze in Europa (oder in der DBV-Welt) einige Vorteile. Diese liegen vor allem in der Möglichkeit, TV-Signale und Computerdaten gemeinsam über denselben Kanal zu übertragen. ... Ende letzten Jahres [1998] gründete die ECCA eine neue Kabelmodem-Gruppe, welche die Verbreitung eines Euro-Modems auf der Basis des DVB/DAVIC-Standards fördern soll."
[Mühlethaler, Thomas: Am Kabel der Welt : schneller Zugang zum Internet übers Kabelnetz. -- In: NZZ. -- 9. 2. 1999. -- S. B4]
Weiteres siehe unten 7.3.1.4.1.4.
Yahoo Categories:
http://dir.yahoo.com/Computers_and_Internet/Hardware/Peripherals/Cable_Modems/. -- Zugriff am 1.6.1999
Beispiel eine großen CATV-ISP:
@home. -- URL:http://www.home.com/. -- Zugriff am 2.6.1999
Für durchgehende Digitalverbindungen
Abb.: Teleprocessing Products Model 1 CSU/DSU
Für die Übertragung analoger Daten über digitale Leitungen (z.B. ISDN) bedarf es eines Codec, eines Umwandlers von analogen Signalen in eine digitale Übertragungsfunktion und umgekehrt. Für ISDN gibt es Codecs als sog. a/b-Adapter. In den meisten ISDN-Telekommunikationsanlagen (TK-Anlagen) sind Codecs eingebaut.
Zum Zugang zu Packet-switched networks
Zum Zugang zu Digital Subscriber Line (z.B. ADSL Asymmetrical DSL) sind spezielle DSL-Modems nötig.
Weiters s. unten 7.3.7.
Übertragungsarten:
Merke: Ein Lastwagen voll CD-ROMs ist immer noch die schnellste Datenübertragungsmöglichkeit von Hamburg nach München |
Yahoo Categories:
FAQ:
White Papers:
Aufbau der Übertragungsstrecke:
Quelle -> Umsetzer -> Verstärker (Sender) -> Leitung (Kabel) -> Verstärker (Empfänger) -> Umsetzer -> Ausgabe |
u.a
Verdrillte Zweidrahtleiter (twisted-pair wire):
Durch eine Verseilung (systematische Verdrillung) von Kupferadern erreicht man eine Kompensation von Störeinflüssen, die unverdrillte Adern aufeinander sowie äußere Störquellen ausüben würden.
ISO/IEC 11801 ist die internationale Norm für Kabelkategorien und Anwendungsklassen von Verdrillten Zweidrahtleitern:
Kabelkategorien definieren die einzelnen Kabel einer Verkabelung nach der möglichen Bandbreite:
Kategorie | Bandbreite |
---|---|
1 | keine Leistungskriterien festgelegt |
2 | 1 MHz (Megaherz ) |
3 | 16 MHz |
4 | 20 MHz |
5 | 100 MHz |
6 (Normvorschlag) | 200 MHz |
7 (Normvorschlag) | 600 MHz |
Kategorie 1 bis 6 sind als abgeschirmte und unabgeschirmte verdrillte Zweidrahtleiter realisierbar, Kategorie 7 nur als abgeschirmt. Die meisten Unternehmen verwenden zur Zeit zur Anbindung der Arbeitsplätze Kategorie 5 Kabel.
Die gesamte Übertragungsstrecke wird in ISO/IEC 11801 in Anwendungsklassen eingeteilt:
Klasse | Bandbreite | Anwendungsbeispiele |
---|---|---|
A | bis 100 kHz (Kiloherz) | Analogtelefon |
B | bis 1 MHz (Megaherz) | ISDN |
C | bis 16 MHz | 10 Base-T, Token Ring 4MBit/s |
D | bis 100 MHz | 100 Base-TX |
E (Normvorschlag) | bis 250 MHz | ATM 155 MBit/s |
F (Normvorschlag) | bis 600 MHz | Gigabit Ethernet, ATM 622 MBit/s |
(Glasfaser) | 10 MHz und höher |
Es gibt folgende Klassen von Verdrillten Zweidrahtleitern::
Abb.: Abgeschirmter verdrillter Zweidrahtleiter
Koaxialkabel:
ein Koaxialkabel besitzt eine zentrale Innenader aus Kupfer und einen rohrförmigen
Außenleiter (Kupferdrahtnetz) als Rückleiter, der gleichzeitig als Faradayscher-Käfig
zur Abschirmung dient. Zwischen Innenleiter und Außenleiter ist eine Plastikisolierung.
Das ganze Kabel ist nach Außen isoliert.
Abb.: Koaxialkabel
"While coaxial cable is the traditional media for Ethernet and
ARCNET networks, twisted-pair and fiber-optic cable are more common today. New structured
wiring system standards call for data-grade twisted-pair cable that transmits at 100
Mbits/sec, ten times the speed of coaxial cable. Coaxial cable is most likely a dead-end
cabling scheme for large office environments." [Sheldon, Tom: Encyclopedia of networking. -- Berkeley [u.a.] : McGraw-Hill, ©1998. -- ISBN 0078823331. -- S. 162. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}] |
Es gibt folgende Klassen von Koaxialkabeln:
Basisband | Breitband |
ungenutzte Bandbreite |
Kanal n |
.... | |
Kanal 3 | |
Kanal 2 | |
nur ein einziger Kanal | Kanal 1 |
Aufbau der Übertragungsstrecke:
Quelle -> Umsetzer -> Strahler -> Lichtwellenleiter |
Abb.: Übertragung über Lichtwellenleiter
In Glasfaserkabeln werden Lichtimpulse transportiert. Deshalb können elektromagnetische Störeinflüsse nicht wirksam werden. Da ein Glasfaserstrang die Daten nur in einer Richtung weiterleitet, besteht ein Kabel aus mindestens zwei isolierten Strängen aus Glasfasern. Das elektrische Eingangssignal wird durch infrarotstrahlende Luminiszenzdioden (IRED bzw. LED) oder Halbleiterlaser in ein optisches Signal verwandelt, das optische Signal wird auf Empfängerseite durch eine Photodiode wieder in ein elektrisches Signal zurückverwandelt.
Abb.: Glasfaserbündel
Vorteile von Lichtwellenleitern gegenüber elektrischen Leitern:
Die beiden wichtigsten Kriterien bei Lichtleiterverkabelung sind der minimal zulässige Biegeradius sowie die höchstzulässige Dehnung. Die Verbindung von Lichtwellenleitern ist eine sehr schwierige Arbeit, die man nur ausgewiesenen Fachkräften überlassen sollte.
Man unterscheidet Lichtwellenleiter danach, wie der Lichtstrahl im Leiter läuft: läuft das Licht stark im "Zickzack" spricht man von hohen Modes (multimode), läuft das Licht parallel zur Achse des Lichtwellenleiters spricht man von monomode:
Abb.: Multimode-Lichtwellenleiter mit Stufenindex-Profil
Multimode-Lichtwellenleiter mit Gradientenindex-Profil (Graded-index multimode): wird vor allem in LANs eingesetzt
Abb.: Multimode-Lichtwellenleiter mit Gradientenindex-Profil
Monomode-Lichtwellenleiter mit Single-Stufenindex-Profil (Single-index monomode): für sehr lange Distanzen und große Bandbreite, sehr teuer und sehr schwierig zu bearbeiten
Abb.: Monomode-Lichtwellenleiter
Plastikkabel: billig, nur für wenige Meter einsetzbar
Plastikbeschichtetes Silica-Kabel: etwas teurer und etwas besser als Plastikkabel
"Minderwertige Lichtwellenleiter weisen bereits nach einigen Monaten
aufgrund der Zug- und Querbelastung höhere Dämpfungswerte auf, wodurch die
Wahrscheinlichkeit steigt, dass eine Verbindung ausfällt. Deshalb ist es angebracht, den
Lieferanten eines neuen Kabelsystems zu verpflichten, nach spätestens zwei Jahren das
Netz erneut durchzumessen." [Klees, Ernst: Kein Tempolimit. -- In: Gateway. -- 27.5.1999. -- S. 68f.] |
Abb.: Steckverbindungen für Glasfaserkabel: Optoclip II der Firmen Ackermann und Huber + Suhner [Zugriff am 3.6.1999]
Es gibt auch Hybridkabel, die sowohl Glasfaser als auch Kupferkabel enthalten.
Das längste Glasfaserkabel der Welt besitzt gegenwärtig die Deutsche Telekom: 1998 nahm sie die 17 000 km lange Glasfaserleitung Frankfurt -- Schanghai in Betrieb. Kapazität: zweimal 155 MBit/Sekunde.
Weiterführende Ressourcen zu Lichtwellenleitern:
Yahoo Categories:
Datentransport (z.B. Internet-Zugriff) über TV-Kabel ist vor allem wegen der im Vergleich zu herkömmlichen analogen Modems sehr hohen Geschwindigkeit der Kabelmodems interessant: im besten Fall 40 MBit pro Sekunde!
"Um diese hohen Durchsatzraten nutzen zu können, muss aber auch die Internet-Anbindung des Kabelnetz-Betreibers entsprechend ausgelegt sein. Der Engpass beim Datenaustausch mit dem Internet befindet sich somit nicht mehr auf der 'letzten Meile' vor dem Bildschirm des Anwenders, sondern in der Infrastruktur des Internet-Service-Providers. Cablecom und Swiss Online verfügen über eine Verbindung von 14 MBit/s über den Atlantik.
Beim schnellen Internet-Zugriff über Kabel-TV-Anlagen zeigen sich auf der ganzen Welt mehr oder weniger dieselben Probleme. Die Anpassung der Kabel-TV-Netze und der Umbau der kompletten Hausverteilungsanlage gehen langsam vorwärts. Vor allem bei größeren Netzwerkknoten mit vielen aufgeschalteten aktiven Hausverteilanlagen treten noch Übertragungsstörungen (Ingress-Probleme) auf. Die Hausverteilanlagen müssen mit speziellen Filtern und neuen Multimedia-tauglichen Antennendosen umgerüstet werden. Weil es noch keinen allgemein akzeptierten Standard gibt, sind in den meisten Netzen proprietäre Lösungen, beispielsweise von COM21, Motorola, Lan-City, NMS oder Terayon in Betrieb. Doch wo diese Hürden überwunden und der Internet-Zugang in Betrieb genommen wurde, ist die Begeisterung groß."
[Mühlethaler, Thomas: Am Kabel der Welt : schneller Zugang zum Internet übers Kabelnetz. -- In: NZZ. -- 9. 2. 1999. -- S. B4]
Bei Übertragung über Fernsehkabel werden für den Datenverkehr vom Nutzer weg und den Datenverkehr zum Nutzer verschiedene Frequenzbereiche verwendet. Die Bandbreite ist asymmetrisch: für den Datenstrom zum Nutzer ist eine viel größere Bandbreite reserviert als für den Datenstrom vom Nutzer weg. Der Datenstrom ist ähnlich wie bei Ethernet: der Datenstrom geht über das ganze Netz und der berechtigte Nutzer "fischt" die Datenpakete, die für ihn bestimmt sind heraus. Deswegen braucht der Nutzer sich auch nicht einzuwählen (er hat ja keine dedicated oder switched Line). Wenn der Computer (oder Fernseher) angeschaltet ist, ist er wie bei einem Ethernet-LAN dem Fernsehkabel verbunden. So gibt es auch keine nutzungsabhängige Gebühren, sondern nur Pauschalen. Diese Broadcast-Struktur macht Fernsehkabelübertragung wenig geeignet für sicherheitssensible Datenübertragungen: geschickte "Schnüffler" können fremde Daten relativ leicht abfangen. Auch macht die Tatsache, dass man versucht ist, den Computer einfach online angeschaltet zu lassen, das Fernsehkabel zu einem gut geeigneten Einfallstor für Hacker-Attacken.
Wie wichtig eine gute Verkabelung ist, zeigt sich daraus, dass nach einer Studie mehr als 90% [!] der Netzwerkstillstandzeiten auf Problemen in der Verkabelung beruhen. |
Franz-Joachim Kauffels nennt folgende Gesichtspunkte, die bei der Verkabelung zu beachten sind:
"Die Auswahl des Übertragungsmediums ist abhängig von der
Strategie einer Organisation hinsichtlich der Kommunikationsabwicklung und nicht von einer
System- und Endgerätetechnik. Dies ist vor allem bei der schnell wechselnden
Endgerätetechnik von höchster Bedeutung, da man nicht mit jedem Wechsel der Endgeräte
auch die Verkabelung verändern möchte." "Ganz besonders wesentlich erscheint dem Autor die Erkenntnis, dass
[Kauffels, Franz-Joachim: Moderne Datenkommunikation. -- 2. Aufl. -- Bonn [u.a.] : Thomson, ©1997. -- ISBN 3826640160. -- S. 97f. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}] |
Bei der Verkabelung unterscheidet man grob zwei Strategien:
Strukturierte Verkabelung umfasst:
(s. unten 7.3.1.4.2.2. die EIA/TIA Hierarchie)
"Wichtig ist die Erkenntnis, dass es eine optimale und allumfassende Lösung vor allem im Sekundär- und Tertiärbereich nicht geben kann und dass man oft mit der 'zweitbesten' Lösung, die vielleicht nur 90 bis 95 Prozent der Endgeräte umfasst, wesentlich günstiger fahren kann." [Kauffels, Franz-Joachim: Moderne Datenkommunikation. -- 2. Aufl. -- Bonn [u.a.] : Thomson, ©1997. -- ISBN 3826640160. -- S. 101. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}]
Es hat sich die Unzweckmäßigkeit einer Verkabelung herausgestellt, die vom LAN-Typ abhängig ist. Statt dessen ist eine universelle, dienstneutrale Verkabelung vorzuziehen. |
Spezifikationen und Normen für Verkabelung im Inhouse-Bereich wurden erst seit Anfang der achtziger Jahre entwickelt. Lange Zeit galt das IBM Verkabelungs-System als Industriestandard. Einen echten Fortschritt stellte 1991 EIA/TIA 568 dar. 1979/98 wurden neue Standards angekündigt.
ISO/IEC 11801 Generic Cabling for Customer Premises gibt Empfehlungen zum Aufbau eines Kabelsystems, zu den einzusetzenden Kabeltypen, zu Anforderungen an die Kabel und Steckverbinder usw.
Für die Verkabelung ist wichtig die Beachtung des deutschen Bundesgesetzes vom 9.11.1992 über die elektromagnetische Verträglichkeit von Geräten (EMVG).
Diese Standards sind unbedingt bei Gebäudeverkabelungen zu beachten!
IVS wurde von IBM Anfang der achtziger Jahre entwickelt und seither laufend erweitert. Es definiert verschiedene Kabeltypen (STP-Kabel), z.B.:
Abb.: Typ 1-Kabel
Abb.: Typ 3-Kabel
Abb.: Typ 5-Kabel
Dieser Standard wurde 1991 von EIA (Electronics Industries Association) und TIA (Telecommunications Industry Association) [Zugriff jeweils am 3.6.1999] herausgegeben. In den darauffolgenden Jahren wurden Ergänzungen herausgegeben, zusammen mit dem Originalstandard bilden sie den EIA/TIA 568-A Standard (für die Verkabelung von Gebäuden gibt es noch weitere EIA/TIA-Standards).
EIA/TIA 568-A ist ein internationales Standard, der den Aufbau und das Management eines strukturierten Kabelsystems definiert. Es ist ein hierarchisch organisiertes Verkabelungssystem. Die Hierarchie ist in folgendem Diagramm dargestellt:
Abb.: EIA/TIA Hierarchie der strukturierten Verkabelung
Verkabelung Workstations zu Telecommunications closet:
Der Standard sieht vor, dass es von den Telecommunication Closets zu jedem Arbeitsplatz zwei Kupfer-basierte Informationswege geben muss:
- einen für Telefon
- einen für Datenübertragung
Jedes Glasfaserkabel muss in Ergänzung zu diesen beiden Kabeln installiert werden, nicht als Ersatz!
Die Kabellänge von Workstation zu Telecommunications closet darf nicht länger als 90 Meter sein. EIA/TIA 568-A nennt geeignete Kabeltypen
Telecommunication closets:
Telecommunication closets sind Räume, in denen sich die Hubs und/oder Switches für die angeschlossenen Arbeitsbereiche befinden. Unter Umständen können auf einer Etage mehrere Telcommunication closets sein.
Equipment room:
Equipment room ist der Endpunkt der Backbone-Verkabelung
Main connect:
Main connect ist zentraler Vermittlungspunkt für das ganze WAN
Für die Verkabelung des WAN-Backbones nennt EIA/TIA 568-A folgende maximalen Kabellängen:
Multimode Glasfaser | Single-mode Glasfaser | Kupfer (UTP) (Telefon) | |
---|---|---|---|
Main connect nach Telecommunication closet | 2000 m | 3000 m | 800 m |
Equipment room nach Telecommunication closet | 500 m | 500 m | 500 m |
Main connect nach Equipment room | 1500 m | 1500 m | 300 m |
Mit der Deregulierung der Telekommunikationsdienste (Aufhebung des staatlichen PTT-Monopols) ergibt sich für andere Anbieter das Problem, dass sie für die sogenannte "letzte Meile", d.h. die Leitungszuführung zum Individualkunden entweder auf die Telephon-Hauszuleitungen der Telekom angewiesen sind oder Eigentümer von TV-Kabelsystemen sind (s. oben 7.3.1.4.1.4.). Alle Privathaushalte sind aber auch an das Leitungsnetz der Elektrizitätsversorger angeschlossen. Da die Elektrizitätsversorger über ihre Fernleitungen sehr leicht und preiswert Glasfaser ziehen können, besteht für sie die Herausforderung, ob man nicht die elektrischen Zuleitungen zu den Privathaushalten sowie die fein verästelte Installation innerhalb der Haushalte als Medium für Daten- und Fernsprechübertragung verwenden kann (Powerline Communication). Doch -- wie immer -- steckt der Teufel im Detail:
"Doch was auf den ersten Blick als ideale Voraussetzung für eine flächendeckende Telecom-Infrastruktur aussieht, hat leider ziemlich arge Tücken. Diese sind einerseits technisch bedingt; anderseits sind die heute geltenden internationalen Fernmeldegesetze der Sache alles andere als förderlich. Die Stromnetze sind technisch und rechtlich für die Energieverteilung ausgelegt und eignen sich deshalb schlecht für die Datenübertragung. Probleme bereiten vor allem Störungen, die alltägliche Stromverbraucher wie Kaffeemühlen, Mixer, Bohrmaschinen oder Lichtdimmer verursachen. Die Störpegel sind nicht nur hoch, sondern decken auch ein breitbandiges Spektrum ab: Es reicht praktisch von 0 bis 100 kHz und überschneidet sich damit weitgehend mit dem Bereich von 3 bis 148,5 kHz, den das europäische Normierungsinstitut CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrotechnique) [Zugriff am 1.6.1999] 1991 als nutzbaren Frequenzbereich für die Datenübertragung auf Stromleitungen auserkoren hat. -- Der von der Normierungsbehörde festgesetzte maximale Sendepegel von 5 Milliwatt 'sorgt' dann noch zusätzlich dafür, dass die Nutzsignale es schwer haben, gegen die Störungen im Netz aufzukommen. Das Resultat: CENELEC-konforme Datenübertragung, die einigermaßen zuverlässig sein soll, ist selbst bei Einsatz modernster Modemtechnik mit optimierten Übertragungsverfahren sehr langsam. In der Praxis betragen die Datenraten nach einem Bericht des Fachmagazins c't [Zugriff am 1.6.1999] zwischen 300 und 4800 Bit pro Sekunde (Bit/s). Zwar soll es der Firma Polytrax [Zugriff am 1.6.1999] 1998 gelungen sein, eine Verbindung mit 27 KBit/s zu realisieren. Berauschend ist dies allerdings nicht: Modemverbindungen auf dem herkömmlichen Telephonnetz erlauben doppelt so hohe Übertragungsraten.
Auch in den USA, wo andere Bestimmungen gelten, kämpfen die Entwickler und Hersteller seit Jahren mit großen Schwierigkeiten. Das Paradebeispiel dafür ist diese Novell Embedded Systems Technology (NEST), die Novell 1995 mit Pauken und Trompeten angekündigt hatte (man versprach damals Übertragungskapazitäten von bis zu 2 MBit/s). Zwei jahre später warf der Softwareriese das Handtuch und verhökerte NEST an das neu gegründete Unternehmen Intelogis [Zugriff am 1.6.1999], das vor kurzem in einem störungsfreien Bereich des Spektrums 350 KBit/s erreicht haben soll, allerdings nur über eine maximale Distanz von 800 Metern. Womit sich eine weitere Hürde offenbart: die mit steigender Trägerfrequenz zunehmende Signaldämpfung. Die Störungen und Verluste auf Stromleitungen wirken sich laut c't so drastisch aus, dass es den Technikern selbst bei hoher Übertragungsbandbreite noch nicht gelungen ist, einen digitalisierten Telefondienst zu realisieren."
[Weber, Felix: Endspurt auf der letzten Meile : das Internet aus der Steckdose. -- In: NZZ. -- 9. 2. 1999. -- S. B4]
Abb.: "Internet aus der Steckdose": Düne® (Datenübertragung über Niedrigspannungsnetze) der BeWAG
Aufbau der Übertragungsstrecke:
Quelle -> Umsetzer -> Sender -> Freier Raum |
Ungeführte Übertragung ermöglicht u.a. Telekommunikation in unwegsamen Gebieten (Satellitensysteme) sowie mobile Kommunikation (-> nomade computing).
Abb.: Die drei Medien der transatlantischen Nachrichtenverkehrs: Seekabel, Kurzwellenfunk, Satellitenfunk
[Vorlage der Abb.: Schwerelos : Satelliten und die globale Kommunikation / hrsg. von Birgit-Susann Mathis ... -- Frankfurt a. M. : Museum für Post und Kommunikation, ©1996. -- S.21]
Yahoo Categories:
Da der Infrarotbereich außerhalb des Radiospektrums liegt, bedarf Infrarot-Übertragung keiner radiotechnischen Genehmigung (Fernsehfernbedienungen beruhen oft auf Infrarot). Zwischen Sender und Empfänger darf keine Wand sein. Reichweite: 20 bis 25 Meter. Wird vor allem zur Verbindung zwischen Notebooks und PC verwendet (man muss den Notebook nicht bei jeder Datenübertragung ankabeln).
Weiterführende Ressourcen:
Als Beispiel für Übertragungslösungen mit Laser diene die Produktserie TerraLink der Firma AstroTerra [Zugriff am 2.6.1999. -- Dort auch Abbildungen]:
Reichweite | Übertragungsrate | |
---|---|---|
TerraLink 1000 Series | bis 1 km | bis 155 MBit/Sekunde |
TerraLink 2000 | bis 2,5 km | 10 bis 155 MBit/Sekunde |
TerraLink 3000 | bis 3,75 km | 10 bis 155 MBit/Sekunde |
TerraLink 8-155 | bis 8 km | 10 bis 230 MBit/Sekunde |
TerraLink 8-622 | bis 3,5 km | 155 bis 622 MBit/Sekunde |
Satellitenfunk überwindet die begrenzten Reichweiten, die terrestrische Funkverbindungen aufweisen.
Als vermittelnde Übertragungsstation kann dienen
Abb.: GEO, MEO, LEO
Unterscheide:
"Der Bedarf an VSAT-Systemen ist enorm. Praktisch jedes Unternehmen mit geographisch stark verteiltem beziehungsweise länderübergreifendem Netzwerk hat hiermit die Möglichkeit, seine Kreditkartenprüfung, Bestandsteuerung, das Bestell- und Ersatzteilwesen, die firmeninterne Kommunikation und eine Vielzahl anderer Anwendungen wie File Transfer, Lotus Notes, SAP R3 oder interaktive Schulungen zentral, schnell und kostengünstig zu organisieren. Vorteile also, die insbesondere internationalen Konzernen, Reiseveranstaltern, Automobilherstellern, Versicherungen, Bauunternehmen, Banken und Mineralölgesellschaften wie auch Einzel-/Großhandelsunternehmen, öffentliche Verwaltungen, Behörden und Rechenzentren zugute kommen." [Engelhardt, Harald: Satelliten ergänzen das Festnetz. -- In: Funkschau. -- 26.1998. -- S. 52]
Weiterführende Ressourcen zur Satellitenübertragung:
Yahoo Categories:
http://www.yahoo.com/Business_and_Economy/Companies/Telecommunications/Satellite/. -- Zugriff am 4. 5. 1999
Als Alternative zu LEOS plant man Relais-Flugzeuge bzw. -Luftschiffe: eine Stadt könnte z.B. mit drei Proteus-Flugzeugen versorgt werden, die über der Stadt kreisen. Datenübertragungsraten bis zu 10 MBit/Sekunde für Privatkunden sind realisierbar, für korporative Nutzer können über 50MBit/Sekunde zur Verfügung gestellt werden.
"Low Earth orbit satellite systems squander 70 percent of their capacity over oceans, deserts, and ice caps, points out Peter H. Diamandis, president of the company that first approached Scaled Composites [Zugriff am. 4.6.1999] with the idea for telecom aircraft. They provide broadband to penguins. We can focus 100 percent of our capacity over metropolitan and suburban regions of cities around the world. Thus the circling Proteuses could skim the prime markets, leaving moguls such as Gates and McCaw to search for customers elsewhere. Will it work? Can a $9 billion scheme requiring more than 100 satellites be beaten out by mere airplanes?" [Platt, Charles: Ethernet at 60,000 feet : telecom's new jet age takes off. -- In: Wired. -- 7.6 (Juni 1999). -- S. 155]
Weiterführende Ressourcen zu Relais-Flugzeugen und -Luftschiffen
Bestehende Rundfunksysteme können zum Data Broadcasting genutzt werden. Als Übertragungsmittel dienen
Es gibt zwei Möglichkeiten:
Beim Broadcasting erfolgt die Übertragung nur in einer Richtung (es ist nicht wirklich interaktiv). Die Übertragungsraten sind hoch.
Der Empfänger eines Data-Broadcasting-Dienstes benötigt einen Computer oder ein multimediales Fernsehgerät (Fernsehgerät mit integriertem PC) sowie einen Decoder.
Data Broadcasting eignet sich für:
Beispiel eines Data-Broadcasting-Dienstes: b.i.s. börsen-informations-systeme AG. -- URL: http://www.bis.de/. -- Zugriff am 5.6.1999. -- ["'WinBis' ist eine Software für PC, die mittlerweile für die Betriebssysteme WIN 3.xx, WIN 95 bzw. 98 und seit Neuestem auch unter WIN NT und OS/2 zur Verfügung steht. Wir haben es uns zum Ziel gesetzt, den Finanzprofis in Banken, Versicherungen, Vermögensberatungen, Industrie- und Handelsunternehmen und nicht zuletzt den börsenorientierten Privatanlegern, einen zuverlässigen und kostengünstigen Börsen-Informationsdienst anzubieten, der überall in Deutschland und darüber hinaus, mit geringem technischen Aufwand und unter Nutzung meist vorhandener Kommunikationswege, empfangen werden kann. Seit nunmehr 7 Jahren hat sich unser Service, verbunden mit einer zukunftsweisenden Technologie, auf dem Markt bewährt."]
Richtfunk ist eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen festen Funkstellen über ein stark gebündeltes Funkfeld. Für die Datenübertragung besonders interessant sind Digitale Richtfunksysteme (DRS). Beim Richtfunk sind normalerweise direkte Übertragungsstrecken von 50 km möglich. Zwischen dem Sender und dem Empfänger muss Sichtverbindung bestehen. Längere Strecken erfordern Relaisstationen.
CB -- Citizen Band ist ein Sprechfunk für jedermann, für den im Gegensatz zum Kurzwellen-Amateurfunk keine Genehmigung und keine Prüfung erforderlich ist. Die Funkgeräte unterliegen strengen, einschränkenden Bestimmungen ("Bestimmungen über Sprechfunkanlagen kleiner Leistung im Frequenzbereich 26960 bis 27410 kHz").
Mobilfunk ermöglicht, Fernsprechverbindungen zwischen Funktelefon-Endeinrichtungen (auch Modems) und ortsfesten Telefongeräten oder anderen Funktelefon-Endeinrichtungen herzustellen.
Beim Mobilfunk verwendet man getrennte Frequenzen für Sendung und Empfang. Sprachübertragung kann analog oder digital erfolgen, Wahlvorgang und Signalisierung erfolgen digital.
Ende März 1999 einigten sich die Mitglieder der ITU (International Telecommunication Union) über die technischen Details des Mobilfunksystems der dritten Generation: IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000). Siehe dazu: ITU IMT-2000 Highlights / ITU. -- URL: http://www.itu.int/imt/7-highlights/index.html. -- Zugriff am 5.6.1999
Arten von Mobilfunknetzen in Deutschland:
Die Bezeichnungen mit Buchstaben (A ... E) für Mobilfunknetze geht auf die historische Abfolge der Netze zurück:
Besondere Varianten des Mobilfunks sind satellitengestützte Mobilfunksysteme. Weltweit soll dies durch das IRIDIUM-Projekt (s. oben) ermöglicht werden.
Weiterführende Ressourcen:
Yahoo Kategorien:
http://www.yahoo.de/Handel_und_Wirtschaft/Firmen/Telekommunikation/Drahtlos/. -- Zugriff am 4. 5. 1999
analog = wertkontinuierlich und zeitkontinuierlich |
Abb.: wertdiskret
Abb.: zeitdiskret
Abb.: wertdiskret + zeitdiskret = digital
digital = wertdiskret und zeitdiskret |
Digitale Signale können binär (zweiwertig), ternär (dreiwertig) usw. sein.
Sowohl analoge als auch digitale Signale können sowohl analog als auch digital übertragen werden
Digitale Übertragung erlaubt größere Geschwindigkeit, größere Genauigkeit, bessere Fehlerkontrolle, usw.
Eine analoge Übertragung digitaler Signale bedeutet nicht, dass die digitalen Signale in analoge Signale umgewandelt werden, sondern es bedeutet, dass die digitalen Signale in diskrete (d.h. klar von einander abgegrenzte Werte besitzende) Eigenschaften analoger Sinuswellen (wie Amplitude, Frequenz, Phasensprung) umgewandelt werden (Modulation).
Es gibt also folgende Möglichkeiten:
Analoges Signal -- analoge Übertragungsfunktion - Analoges Signal
z.B. traditionelles Telephon
Digitales Signal -- Modem -- Analoge Übertragungsfunktion - Modem -- Digitales Signal
Analoges Signal -- Codec -- Digitale Übertragungsfunktion - Codec -- Analoges Signal
z.B. traditionelles Telephon über ISDN, traditionelles Telephon über digitale Fernleitungen
Digitales Signal -- Digitale Übertragungsfunktion - Digitales Signal
Nachteile analoger Übertragung:
Eine Vorstellung von für eine zeitlich akzeptable Übertragung nötigen Übertragungsraten gibt folgende Übersicht:
Durchschnittliche Größe in Bytes (jeweils ohne Anwendung von Datenreduktionverfahren)
Kreditkartenberechtigungsanforderung | 125 |
eine Seite e-mail | 600 |
eine Seite hochauflösendes Fax | 12.500 |
eine Sekunde digitale Sprachübertragung | 56.000 |
eine Sekunde vollbewegtes Video | 1.250.000 |
Erforderliche (bzw. wünschenswerte) Datenübertragungsraten für einige Anwendungen:
2400 Bits/Sekunde | |
Remote control | 9600 Bits/Sekunde bis 56 KBits/Sekunde |
Digitalisiertes Ferngespräch | 64000 Bits/Sekunde |
Datenbank Textresearche | bis 1MBit/Sekunde |
Digital Audio | 1 bis 2 MBits/Sekunde |
Bildübertragung | 1 bis 8 MBits/Sekunde |
Komprimiertes Video | 2 bis 10 MBits/Sekunde |
Medizinische Übertragungen | bis 50 MBits/Sekunde |
Bildliche Dokumentenübertragung | 10 bis 1000 MBits/Sekunde |
Wissenschaftliche Bilder | bis 1 GBit/Sekunde |
Voll-Video | 1 bis 2 Gbit/Sekunde |
Gegenwärtig realisierte Übertragungsraten:
Dial-Up Modem | 1200 bis 56000 Bits/Sekunde |
Serielle Schnittstelle | 2000 Bits/Sekunde |
ISDN | 64000 bis 128000 Bit/Sekunde |
Parallele Schnittstelle | 300000 Bit/Sekunde |
T1 digital WAN Leitung | 1,544 Mbit/Sekunde |
Token Ring LANs | 4 oder 16 MBit/Sekunde |
Ethernet LANs | 10 oder 100 MBits/Sekunde |
T3 digital WAN Leitung | 44,184 MBit/Sekunde |
High-Speed Serial Interface (HSSI) | 52 MBit/Sekunde |
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) | 100 MBit/Sekunde |
Fibre Channel | 1 GBit/Sekunde |
Gigabit Ethernet | 1 GBit/Sekunde |
SDH (Synchronous Digital Hierarchy) | 155,520 oder 622,080 oder 488,320 Mbit/Sekunde |
Um unterschiedliche Signale darstellen zu können, braucht man mehrere Sinuskomponenten, deren Frequenzen sich über einen größeren Bereich erstrecken müssen. Die Größe des Frequenzbereiches, der zur Darstellung des Signals notwendig ist, wird als Bandbreite bezeichnet (Bandbreite = höchste benötigte Frequenz minus niedrigste benötigte Frequenz).
Wie schnell und unerwartet ein Signal zeitlich schwanken kann (d.h. wie viel Information es tragen kann), hängt fundamental von seiner Bandbreite ab. Folgende Übersicht zeigt die benötigten Bandbreiten für verschiedene Übertragungssysteme:
Bandbreite |
relativ zur |
|
Telex | 200 Hertz | 0.05 : 1 |
Telefon | 4.000 Hertz | 1 : 1 |
Hifi-Anlage | 16.000 Hertz | 4 : 1 |
Fernsehen | 4.000.000 Hertz | 1000 : 1 |
Die enormen Bandbreiten, die Hochgeschwindigkeitsanwendungen benötigen, zeigt folgende Tabelle:
Anwendung | Datenmenge | Übertragungsdauer bei 64 KB/s | Übertragungsdauer bei 10 MB/s |
Computer-Tomographie | 0,5 MB | 1,3 Min | 0,5 Sek |
CAD-Datei | 5 MB | 13 Min | 5 Sek |
Layoutseite | 6 MB | 15 Min | 6 Sek |
Zeitungsseite s/w | 30 MB | 1,25 Std | 30 Sek |
Computer-Animation 25 Frames pro Sek | 1,6 GB | 7 Std | 25 Min |
Simulation | 2 GB | über 8 Std | 33 Min |
Solchen Anwendungen im Bedarfsfall die nötige Bandbreite zu garantieren gehört zu Quality-of-Service (QoS): Bandwith on Demand oder Bandwith Reservation.
Den Zusammenhang zwischen Bandbreite und theoretischer Höchstzahl von aufeinanderfolgenden, voneinander unabhängigen Amplitudenwerten (d.h. Signale) pro Sekunde gibt das Abtast-Theorem an. (Abtastung = Ermittlung des Signalwertes in bestimmten Zeitintervallen). Danach kann ein Signal mit einer Bandbreite von B Hertz höchstens 2B aufeinanderfolgende, voneinander unabhängige Amplitudenwerte innerhalb einer Sekunde annehmen. So erlaubt z.B. eine Telephonleitung mit einer Bandbreite von 4000 Hertz theoretisch höchstens 8000 Baud. Die theoretisch höchstmögliche Übertragungskapazität ist aber technisch nur sehr teuer zu verwirklichen. So ist die faktische Übertragungskapazität bei einer vorgegebenen Bandbreite manchmal erheblich geringer als die theoretisch mögliche.
In LANs traditioneller Bauart wird Bandbreite in ungeheurem Maße vergeudet:
"Wird z.B. bei einem IBM 3270-Terminal mit einer Rate von 9600
bit/s auf einem Koaxialkabel übertragen, das in einem anderen Installationszusammenhang
(TV) problemlos mehrere Hundert Megahertz Bandbreite realisiert, so kann man durchaus
davon sprechen, dass das Signal vom Terminal in das Übertragungssystem »passt«, so etwa
wie eine durchschnittliche Erbse in einen 10-l-Eimer. Auch ein Signal des »Ethernet« ist
noch weit von der Grenze der Bandbreite entfernt. Dadurch konnten die »Lokalnetzer« in
den letzten Jahren die gesamte Nachrichtentechnik ignorieren. Möchte man heute jedoch
FDDI oder schnellere Systeme auf UTP oder STP übertragen, werden die klassischen
Fragestellungen [der physikalischen Bandbreite] wieder interessant." [Kauffels, Franz-Joachim: Lokale Netze. -- 1996. -- ISBN 382664042X. -- S. 160. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}] |
Arten von Ursachen von Übertragungsstörungen:
Die Übertragungsleistung, die zu einer fehlerfreien Übertragung mit einer bestimmten Geschwindigkeit nötig ist, hängt neben der Bandbreite auch von der Häufigkeit von Verzerrungen und von unerwünschten Signalen, dem Rauschen (noise) ab. Als Rauschsignale bezeichnet man Störsignale. Manche Störungen wie z.B. elektromagnetische Störungen sind prinzipiell vermeidbar. Daneben gibt es aber bei elektromagnetischer Signalübertragung das sogenannte thermische Rauschen, das prinzipiell nicht vermeidbar ist. Es wird von allen Gegenständen abgegeben, deren Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius) liegt. Das bei Übertragungen entstehende thermische Rauschen ist proportional der Bandbreite des Empfängers und der Temperatur des Senders. Deshalb sind Fernsehsignale 1000fach stärker verrauscht als Telephonsignale. Breitbandige Signale müssen deshalb mit mehr Leistung übertragen werden als schmalbandige, damit ein zufriedenstellendes Signal-Rausch-Verhältnis (signal noise ratio) erreicht wird.
Man kann gleichzeitig mehrere Nachrichten über einen einzigen Nachrichtenkanal (z.B. eine Leitung) senden. Techniken, die dies ermöglichen, nennt man Multiplextechniken.
Gleichsam die Umkehrung der genannten Multiplextechniken ist Inverse Multiplexing: ein Datenstrom wird aufgeteilt und die einzelnen Teile über verschiedene Kanäle geschickt, dadurch erhöht sich die Durchsatzrate. So kann man z.B. mehrere Telefonleitungen bündeln.
Zur Information über Signalvermittlung auf der Bitübertragungsschicht wird auf die unten genannte Ressource verwiesen.
Weiterführende Ressourcen zur Signalvermittlung:
Ressourcen in Printform:
Siegmund, Gerd <1954 - >: Technik der Netze. -- 3., neubearb. und erw. Aufl. -- Heidelberg: v. Decker, ©1996. -- 801 S. : Ill. -- (Fachwissen Telekommunikation). -- ISBN 3-7685-2495-7. -- Bis 2. Aufl. unter dem Titel: Grundlagen der Vermittlungstechnik. -- [Umfassend zu Fragen der Vermittlungstechnik]. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}
ISDN = Integrated Services Digital Network = Dienstintegrierendes digitales Fernmeldenetz. |
Hauptmerkmale:
Leistungsmerkmale von ISDN:
Die ITU/T (CCITT) ISDN Standards sind in folgende Serien der I-Serie zusammengefasst:
Obwohl ISDN international normiert wird, unterscheiden sich einzelne ISDN-Implementierungen so sehr, dass sie inkompatibel sind. Im Folgenden wird ISDN in Deutschland beschrieben.
ISDN trennt zwei Arten von Übertragungskanälen:
Nach der Anzahl der zur Verfügung gestellten Nutzkanäle unterscheidet man:
Nach dem verwendeten D-Kanal-Protokoll unterscheidet man:
Nach der Art des Anschlusses der Endgeräte an ISDN unterscheidet man:
Der ISDN-Basisanschluss umfasst drei eigenständige Kanäle:
Der Basisanschluss hat anwenderseitig eine sog. S0 (S-Null)-Schnittstelle am Network-Terminator (NT), d.h. dem Übergabepunkt der Telekom.
Die Kanaltrennung erfolgt physikalisch zwischen Endgerät und Network-Terminator (NT), von dort erfolgt die Übertragung zur digitalen Vermittlungsstelle der Telekom (DIVO) über das normale Telephonkabel. Der Network-Terminator bündelt die verschiedenen ausgehenden Kanäle, indem er in einem Multiplexverfahren die Datenströme von den drei Kanälen zusammenfasst und sie mit einer Geschwindigkeit von 192 Kbit/s an die DIVO übermittelt. Gleichzeitig trennt der Network-Terminator die in einem Datenstrom von der DIVO eintreffenden Signale auf die drei physikalisch getrennten Kanäle.
Der Basisanschluss ist erhältlich als:
Der ISDN-Primärmultiplexanschluss umfasst folgende Kanäle:
Der ISDN-Primärmultiplexanschluss hat anwenderseitig eine sog. S2M-Schnittstelle am Network-Terminator (NT), d.h. dem Übergabepunkt der Telekom.
Beim Primärmultiplexanschluss ist es grundsätzlich möglich mit dem nationalen ISDN- und dem Euro-ISDN-Protokoll zu arbeiten.
D-Kanalprotokoll E-DSS1 (Euro Digital Subscriber Signaling System No. 1). Europäischer Standard.
Beim Euro-ISDN-Basisanschluss erhält der Telekom-Kunde in der Regel drei verschiedene ISDN-Rufnummern (nicht eine Rufnummer mit Endnummern!). Er kann maximal weitere sieben Rufnummern erhalten.
Achtung! Unterscheide ISDN-Rufnummern und die verfügbaren Kanäle (Nutzkanäle). Bei einem Basisanschluss hat man zwar drei Rufnummern, aber nur zwei Kanäle, d.h. gleichzeitig können jeweils nur zwei Geräte eine Verbindung herstellen, während dann die dritte Nummer blockiert ist.
Die Endgeräte werden an ISDN-Dosen angeschlossen. Beim Basisanschluss können so bis zu 12 ISDN-Endgeräte an einem ISDN-Anschluss betrieben werden.
Man hat nur eine einzige ISDN-Rufnummer, an die eine ISDN-Telekommunikationsanlage (Haus-ISDN-Anlage) angeschlossen wird. An diese werden die Endgeräte -- und zwar sowohl solche mit digitaler Schnittstelle als auch analoge (z.B. Modems, herkömmliche Telefonapparate) -- mit entsprechenden Durchwahlnummern angeschlossen. Ein Anlagenanschluss ist mit der digitalen Ortsvermittlung (DIVO) durch eine Vierdrahtverbindung verbunden.
Da bei einem ISDN-Basisanschluss die Übertragung zwischen Teilnehmer und digitaler Ortsvermittlungsstelle (DIVO) über das normale zweidrahtige Telefonkabel erfolgt, auf dem die Kanäle nicht auf verschiedene Drähte verteilt sind, erfolgt die Kanaltrennung bei ISDN physikalisch zwischen Endgerät und Network-Terminator (NT) (Netzwerk-Abschlussgerät), dem Übergabepunkt der Telekom. Vom Endgerät bis zum NT verläuft die Übertragung über eine Vierdrahtverbindung, vom NT bis zur DIVO über eine Zweidrahtverbindung. Der Network-Terminator bewirkt den Übergang von Zweidraht auf Vierdraht und umgekehrt. Der Network-Terminator bündelt die verschiedenen ausgehenden Kanäle, indem er in einem Multiplexverfahren die Datenströme der Kanäle zusammenfasst und sie an die DIVO übermittelt. Gleichzeitig trennt der Network-Terminator die in einem Datenstrom von der DIVO eintreffenden Signale auf die physikalisch getrennten Kanäle.
Mehrere DTE's können über ein Kabel (Bus) mit einem einzigen NT1 verbunden sein. Schnittstellensignale werden über spezielle Datenpakete auf DL übertragen. Die Datenpakete werden auf einem getrennten Kanal (D-Kanal) ausgetauscht.
Man kann Übergänge von NT1 zu RS-232-C durch standardisierte Terminaladapter schaffen.
Der Maximalabstand zwischen DTE und NT1 ist 1 km.
Nach einer NT1 kann eine NT2 geschaltet werden, die die Funktion einer privaten Haustelekommunikationsanlage übernimmt.
Aufbau eines Basisanschlusses:
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FAQ:
Breitband-ISDN bietet mit einer Datenrate von 140Mbit/s gegenüber ISDN zusätzlich die Möglichkeit für folgende Dienste:
Schichtmodell für B-ISDN:
Switching Layer -- Vermittlungsschicht | ATM -- Asynchronous Transfer Mode |
Physical Layer -- Bitübertragungsschicht | SONET -- Synchronous Optical Network |
ATM gehört zu OSI-Schicht 2 (Vermittlungsschicht), soll aber hier kurz behandelt werden wegen des Zusammenhanges mit B-ISDN.
ATM ist ein einheitlicher Standard für Ton (Telephon) und Datenübertragung. ATM ist eine Cell-Relay-Technik. Eine Cell ist eine Art logisches Vehikel, das Datenblöcke transportiert. Eine Cell hat eine feste Größe -- im Gegensatz zu einem Frame bei Frame Relay, wo die Datenpakete variable Größe haben. Die feste Cell-Größe erlaubt eine bessere Flow-Kontrolle (vgl. unterschiedliche Größe mit Lastzügen auf der Autobahn). Jede ATM-Cell besteht aus 53 Bytes, von denen 48 die Nutzinformation enthalten. Nutzinformationen können Ton (Telefon) oder andere Daten sein. Die restlichen 5 Bytes enthalten den die Steuerinformation tragenden Header.
Header einer ATM-Zelle:
Header Error Control (8 Bit) | Cell Cross Priority (2 Bit) | Payload Type (2 Bit) | Virtual Channel Identifier (16 Bit) | Virtual Path Identifier (8 Bit) | General Flow Control (4 Bit) |
Das ATM-Übermittlungsverfahren ist verbindungsorientiert (connectionful): vor dem eigentlichen Datenaustausch erfolgt ein Aufbau eines Virtual Channel.
Die wichtigste technische Komponente von ATM ist der ATM-Switch. Der ATM-Switch multiplexed die Cells, die von den verschiedenen Nodes gleichzeitig gesendet werden können, in einen Strom von Cells. Der Switch leitet die Cells einfach über das gemeinsame Übertragungsmedium weiter, er hat keine zeitraubende Store-and-foreward-Methode wie Routers. ATM-Switches erfüllen ihre Aufgabe in Hardware, deshalb entfällt der Network Layer als Software. ATM hat keine Fehlerkontrolle, da es fehlerarme Übertragungsmedien von hoher Qualität voraussetzt.
Jede ATM-Cell enthält einen Identifier, der die Adresse bestimmt. Im Gegensatz zum traditionellen Telephonsystem und zum Internet ist dieser Identifier nicht die feststehende Adresse bzw. Telephonnummer des Adressaten. Bei ATM wählen vielmehr die jeweils beteiligten beiden Nodes eine zufällig gewählte Zahl, die die betreffende Verbindung für den Zeitraum der Sitzung eindeutig definiert. Dies ermöglicht viel kürzere Adressen, als wenn die IP-Adresse oder gar die internationale Telephonnummer als Paketadresse dienen würde.
Ein reines ATM-Netz hat Die Deutsche Bibliothek in Frankfurt am Main installiert:
Abb.: Struktur des ATM-Netzes der Die Deutsche Bibliothek, Frankfurt a. M.
Weiterführende Ressourcen zu ATM:
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SDH (Synchronous Digital Hierarchy) ist der ITU (International Telecommunication Union) Standard für synchrone optische Netzwerke. SDH unterscheidet zwei Varianten:
ETSI-SDH wird in ITU-Empfehlung G.707 definiert. SDH erlaubt den Transport von Signalen mit unterschiedlichen Übertragungsraten und Struktur. Das Multiplexverfahren ist so konzipiert, dass sich viele Multiplexer/Demultiplexer einsparen lassen. Alle SDH-Netze sind kompatibel, optische Schnittstellen, Gerätefunktionen u.ä. sind genormt. Über SDH auf der Bitübertragungsschicht lässt sich ATM (Schicht 2) übertragen. Die Grundbitrate ist 155,52 MBit/Sekunde, die höheren Hierarchiestufen sind jeweils Vielfache davon:
SONET ist ein Standard für die Bitübertragungsschicht (Physical layer) für weltweite Vernetzung mit Glasfaserkabeln. SONET definiert das Übertragungsmedium für B-ISDN. SONET ist die US-Version der von ITU-T entworfenen Synchronen Digitalen Hierarchie (SDH).
SONET standardisiert:
Abb.: Der vierkablige SONET-Ring von Sprint [Zugriff am 2.6.1999] zwischen Springfield, N.J -- Montreal -- Toronto -- Buffalo: zwei gegenläufige Hauptringe + jeweils ein Reservering (jeder Ring ist 1,174 miles = ca. 1900 km lang!)
Standards:
Im Integrierten Breitband-Fernmeldenetz soll die Trennung von Breitbandverteilernetzen (BVN) (simplex) und (Breitband-)ISDN (duplex) aufgehoben werden. Bei einer Datenrate von 565 Mbit/s soll das IBFN zusätzlich zu den Diensten von Breitband-ISDN noch folgende Dienste ermöglichen:
Ausgangspunkt für die Entwicklung von DSL war Video-on-Demand, der Versuch, über bestehende Telephonleitungen Video zu liefern. Erstmals wurde eine DSL 1989 von Bellcore vorgestellt: da bei Video-on-demand der Datenverkehr asymmetrisch ist (sehr große Datenmengen -- das Video -- werden ins Haus geliefert, relativ kleine Datenmengen -- die Videonanforderung -- gehen aus dem Haus hinaus, war dies ADSL -- Asymmetric Digital Subscriber Line. Im Unterschied zu Datenverkehr mit traditionellen Modems über dieselben Kanäle wie Telephongespräche (die Daten sind da ja analog und können von Sprachverkehr nicht unterschieden werden), werden bei DSL Sprechverkehr und Datenverkehr von den lokalen und überlokalen Telekom-Unternehmen über unterschiedliche Datenkanäle geleitet: so kann der Datenverkehr nicht zu Verstopfung des Sprechverkehrs führen. DSLs stehen in Konkurrenz zu Kabelmodems (Datentransport über Kabel-TV) und ISDN.
DSL-Verbindungen sind point-to-point dedicated circuits, d.h. es sind Standverbindungen, eine Einwahl ist nicht nötig, es gibt auch keine Vermittlung, d.h. diese Verbindung geht direkt in das System (z.B. Frame Relay, ATM, Internetverbindung) des Providers.
Inzwischen sind verschiedene DSLs in Entwicklung:
Dienst | Besonderheiten | Datenstrom vom Nutzer weg | Datenstrom zum Nutzer | Höchstentfernung zu Vermittlungsstelle | Sprechverkehr |
---|---|---|---|---|---|
ADSL -- Asymmetrical DSL | asymmetrisch (ursprünglich für Video-on-demand) | 176 Kb/s ... ... 640 Kb/s |
1.54Mb/s 2,05 Mb/s 6,14 Mb/s 8,45 Mb/s |
5,5 km 4,8 km 3,6 km 2,7 km |
ja |
HDSL -- High-bit-rate DSL | kommerziell noch nicht verfügbar, zwei konkurrierende Standards | 1,54 Mb/s | 1,54 Mb/s | 3,6 km | nein |
SDSL -- Symmetrical DSL | symmetrisch, im Wesentlichen wie HDSL, läuft aber über einen verdrillten Zweidrahtleiter und erlaubt auch Sprechverkehr | 1,54 Mb/s | 1,54 Mb/s | ja | |
VDSL -- Very high-bit-rate DSL | asymmetrisch, kommerziell noch nicht verfügbar, benötigt Kombination von Glasfaser- und Kupferkabel | 640 Kb/s ... 2,3 Mb/s |
13 Mb/s 26 Mb/s 52 Mb/s |
1,4 km 0,9 km 0,3 km |
ja |
RADSL -- Rate adaptive DSL | ADSL, dessen Übertragungsgeschwindigkeit sich nach der Qualität der Kupferleitung richtet | 176 Kb/s 640 Kb/s 128 Kb/s |
1,54 Mb/s 6,14 Mb/s 600 Kb/s |
5,5 km 3,6 km 7,5 km |
ja |
IDSL -- Integrated services DSL | arbeitet auf Nutzerseite mit selber Einrichtung wie ISDN; ist aber im Unterschied zu ISDN ein dedicated service, d.h. der Nutzer zahlt eine monatliche Gebühr für unbegrenzte Nutzung | 128 Kb/s | 128 Kb/s | 5,5 km | nein |
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ADSL ist die einzige DSL-Technik, die (in den USA) schon in größerem Umfang eingeführt ist. In Deutschland will T-Online nach einem Pilotprojekt in Nordrhein-Westfalen ADSL allmählich in größeren Städten ziemlich flächendeckend einführen: über den jeweiligen Stand usw. gibt Auskunft (dort auch eine FAQ):
ADSL Showcase / T-Online. -- URL: http://www.t-online.de/adsl/index.html. -- Zugriff am 2.6.1999
Weiterführende Ressourcen zu ADSL:
Weiterführende Ressourcen:
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Die physikalische Topologie eines Netzwerkes ist die Anlage der Verkabelung.
Ethernet funktioniert sowohl in Bus- als auch in Stern-Topologie.
Token-Ring verbindet die physikalische Stern-Topologie mit der logischen Ring-Topologie, deshalb heißt sie auch: Stern-verkabelter Ring (star-wired ring).
FDDI: logische Ring-Topologie mit Einfach-Ring oder Zweifachring: der zweite Ring wird aktiviert, wenn im ersten Ring ein Fehler auftritt: durch Zusammenschluss wird aus beiden Ringen ein neuer Ring gebildet, der die fehlerhaften Ringsegmente abtrennt. Als physikalische Topologien lässt FDDI zu: einfacher Konzentrator (physikalischer Stern), Baum von Konzentratoren, Doppelring, Doppelring von Bäumen, gleichzeitiger Anschluss an zwei Konzentratoren (Dual Homing) (falls der eine Konzentrator ausfällt, übernimmt der andere).
Bezeichnungsschema für die Kabel:
Datenrate in Mbit/s | Übertragungsverfahren | maximale Segmentlänge (100m) oder T=twisted pair bzw. F=fiber |
z.B. 10BASE5 = Datenrate 10 Mbit/s, Basisband (d.h. Bus mit nur einem Übertragungskanal, nicht Breitband mit verschiedenen Kanälen), 500m
Die verschiedenen Kabeltypen können verknüpft werden. Für dickes Koaxialkabel werden gesonderte Transceiver (=Transmitter/Receiver) benötigt. Für die übrigen Kabel ist der Transceiver in die Netzwerk-Karte integriert.
Durch bis zu vier Repeater kann ein Ethernet-Netzwerk physikalisch in Segmente aufgeteilt werden und so die Höchstlängen der verknüpften Buskabel vergrößert werden:
"Das Ethernet auf Koaxialkabel ist nachrichtentechnisch gesehen
ein völliges Chaos, schlechter hätte man es kaum machen können. Neben der äußerst
schlechten Ausnutzung der auf diesem Medium grundsätzlich zur Verfügung stehenden
Bandbreite (man überträgt schon seit langem auf Koaxialkabel einige Dutzend
Fernsehkanäle parallel) war auch die gesamte technische Ausführung miserabel und
störanfällig, was bei praktisch allen Installationen letztlich zu der Notwendigkeit
einer völligen kostenintensiven Sanierung des Kabelsystems führte. Eine Telefonverkabelung z.B. hält viel länger." [Kauffels, Franz-Joachim: Lokale Netze. -- 1996. --ISBN 382664042X. -- S. 160. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}] |
Verschiedene Typen von
Alle Kabel werden zentral durch einen Konzentrator verbunden (physikalische Stern-Topologie!), einer sog. Multistation Access Unit (MAU).
"Auch die Token-Ring-Netze blieben von Unsicherheiten nicht
verschont. Eine allgemeine Unsicherheit der LAN-Interessenten gegenüber physikalischen
Tatsachen führte dazu, dass IBM als Hauptpromotor der Token-Ring-Technik eine bestimmte
Datenrate auf einem bestimmten Kabel einfach festgelegt hat und sie im letzten Jahrzehnt
so änderte, wie es dem Hersteller passte. Aus den ursprünglichen 4 Mbit/s auf dem von
IBM hauptsächlich empfohlenen Shielded-Twisted-Pair-Kable Typ 1 sind mittlerweile 100
Mbit/s [!] geworden, jetzt spricht man im Zuge der Einführung von ATM schon von 155
Mbit/s oder sogar 600 Mbit/s!! Ja, was kann das Kabel denn nun wirklich? Vielleicht legt
es mal irgendwann Eier. Manch andere Hersteller sind aber nicht besser." [Kauffels, Franz-Joachim: Lokale Netze. -- 1996. --ISBN 382664042X. -- S. 160. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}] |
Obwohl nicht unbedingt erforderlich, werden normalerweise Konzentratoren verwendet.
Fast Ethernet unterstützt folgende Übertragungsmedien:
Im Juni 1998 verabschiedetet IEEE folgende Standards für die Verkabelung von Gigabit Ethernet:
In Vorbereitung ist ein Standard für Gigabit-Ethernet über Kategorie5-Kupferkabel bis 100 m (IEEE 802.3ab -- 1000BaseT).
Ein wichtiger Faktor im Bereich der Bitübertragungsschicht ist die Stromversorgung. Um während eines Ausfalls des Stromsystems keinen Datenverlust und dergl. zu erleiden, bedarf es einer UPS-Einrichtung. Es gibt verschiedene UPS-Systeme:
Weiterführende Ressourcen:
Yahoo Categories:
Ressourcen in Printform:
Dodd, Annabel Z.: The essential guide to telecommunications. -- Upper Saddle River, NJ : Prentice Hall, ©1998. -- 251 S. : Ill. -- ISBN 0132590115. -- [Obwohl auf die USA ausgerichtet, auch in Deutschland brauchbar]. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}
Handbuch für die Telekommunikation / hrsg. von Volker Jung ... -- Berlin [u.a.] : Springer, ©1998. -- ISBN 354062631X. -- [Zu theoretisch, unübersichtlich]. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}
Kauffels, Franz-Joachim: Moderne Datenkommunikation : eine strukturierte Einführung. -- 2. Aufl. -- Bonn [u.a.] : Thomson, ©1997. -- ISBN 3826640160. -- S. 94. -- [Hervorragend, praxisbezogen, sehr empfehlenswert]. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}
Sheldon, Tom: Encyclopedia of networking. -- Berkeley [u.a.] : McGraw-Hill, ©1998. -- 1164 S. : Ill. + 1 CD-ROM. -- ISBN 0078823331. -- [Unentbehrlich!]. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}
Zum nächsten Kapitel:
Kapitel 8: OSI-Schicht 2: Data Link Layer --
Verbindungssicherungsschicht