Inhaltsverzeichnis. 1 Physikalische Grundlagen Grundlagen der Datenübertragung...63

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1 1 Physikalische Grundlagen Signale Kontinuierliche und diskrete Signale Energie- und Leistungssignale Approximation von Signalen mit Elementarfunktionen Übertragungssysteme Lineare, zeitinvariante Übertragungssysteme Bandbreitenbeschränkung Abtastsysteme Maximale Datenrate über einen Übertragungskanal Modulation und Demodulation Amplitudenmodulation (AM) Winkelmodulation Tastverfahren Quadraturamplitudenmodulation QAM Pulsmodulation Signalübertragung über Leitungen und freien Raum Leitungsarten Leitungsgebundene Übertragungsstrecke Symmetrische und asymmetrische Signalübertragung Verzerrung des Signals der Quelle Bustreiber Grundlagen der Datenübertragung Übertragungsarten Übertragungsrichtung Multiplexverfahren Vermittlungsart IX

2 2.1.4 Datenparallelität Synchronität der Datenströme Synchronisation auf Bitebene Handshake-Verfahren Start-Stopp-Verfahren Start-Stopp-Verfahren auf Blockebene Leitungscodes (Leitungskodierung) Verwürfler Datensicherung Fehlererkennung Paritätsprüfung...88 Zyklische Redundanzprüfung Fehlerkorrektur Hamming-Code...95 Faltungscodes...97 Echoüberwachung Wiederholungsanforderung (ARQ - Automatic Repeat Request) Netzwerktopologien Klassifikation Klassifikation nach Entfernung Klassifikation nach Gleichartigkeit der Teilnehmer Klassifikation nach Blockierung Klassifikation nach Topologie Statische Netzwerke Dynamische Netzwerke m x n-kreuzschienenverteiler (Crossbar) Permutationsnetzwerke Clos-Netzwerk Übertragungsprotokolle Protokollhierarchie Grundlagen von Schnittstellen und Bussen Schnittstellen und Busse Parallele und serielle Busse Aufbau paralleler Busse Aufbau serieller Busse Buszyklus Busarbitrierung / Medienzugriff Arbitrierungsverfahren für parallele Busse X

3 Arbitrierungsverfahren für serielle Busse Datenübertragung Systembusse Grundlagen Anforderungen an Systembusse Wichtige Parameter Architekturfortschritt Technologiefortschritt Physikalische und mechanische Realisierungen Cache-Kohärenz Entwicklung der Systembusse am Beispiel des PC Intel 80x86-Mikroprozessorgenerationen ISA (AT-Bus) MCA (Micro Channel Architecture) EISA (Extended-ISA) VL-Bus (Vesa Local Bus) PCI (Peripheral Component Interconnect) PCI-Express Scalable Coherent Interface (SCI) Schnittstellen und Peripheriebusse Genormte Schnittstellen (Beispiele) Serielle Schnittstellen - Übersicht V.24/V.28 - RS-232C Interface-Bausteine - Beispiel: Intel USART TTY-Schnittstelle V.10/V.11 - RS RS-485-Schnittstelle Parallele Schnittstelle (Centronics-Schnittstelle) EPP, ECP und IEEE Analoge Schnittstelle: Modem Übertragung über Telefonleitungen Ein-/Ausgabebusse SCSI (Small Computer System Interface) Serielle Verbindungen Fibre Channel SSA (Serial Storage Architecture) IEEE 1394, Fire Wire USB (Universal Serial Bus) XI

4 5.3 Instrumentenbusse IEC-Bus Rechnernetze: LANs und WANs Kommunikationsmodelle OSI-Basisreferenzmodell Internet-Protokolle IEEE MAC- und LLC-Schichten TCP/IP Internet Protocol (IP) TCP / UDP Kommunikationsgeräte Repeater Bridges Remote-Bridges Router Gateways Switches Hub-Technologie LANs und WANs (Beispiele) Ethernet / IEEE Fast-Ethernet Token-Ring / IEEE FDDI (Fiber Distributed Data Interface) PMD-Schicht: FDDI-Technik PHY-Schicht MAC-Schicht ATM (Asynchronous Transfer Mode) Datenübertragung über ATM Aufbau der ATM-Zelle ISDN (Integrated Services Digital Network) ISDN-Anschlüsse Beispiele zum Zusammenspiel von Kommunikationsgeräten Beispiel 1: Übertragung innerhalb eines FDDI-Rings Beispiel 2: Übertragung über den Switch hinweg Beispiel 3: Übertragung über das FDDI-Backbone Prozessbusse, Busse in der Automatisierung Netzwerkhierarchie XII

5 7.2 Sensor-Aktuator-Busse Das Aktor-Sensor-Interface ASI VariNet Interbus-S Feldbusse Prozessautomatisierung: PROFIBUS (Process Field Bus) PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA KFZ-Technik: CAN, LIN und FlexRay CAN (Controller Area Network) FlexRay Gebäudeautomatisierung: LON und EIB LON (Local Operating Network) EIB (European Installation Bus) Ethernet in der Automatisierung Industrie-Ethernet Industrietaugliche Ethernet-Installation Echtzeitfähiges Ethernet Industrie-APIs (Schicht-7-Protokolle) Glossar Literaturverzeichnis Index XIII

6 XIV

Inhaltsverzeichnis Technische Grundlagen

Inhaltsverzeichnis Technische Grundlagen 1 Technische Grundlagen... 1 1.1 Netzwerktopologien... 1 1.1.1 Zweipunktverbindungen.... 1 1.1.2 Zweipunktverbindungen mit Multiplexer.... 2 1.1.3 Bus-Struktur... 3 1.1.4 Baumstruktur... 6 1.1.5 Ringstruktur...

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