2.1 Klassifizierung von Übertragungsmedien (WR)

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1 2.1 Klassifizierung von Übertragungsmedien (WR) verdrillt leitergebunden elektrisch Koax 5 Bis 10 Hz Medien LWL Monomode Multimode Hz Funk 100 khz 1 GHz leiterungebunden Infrarot 10 Hz 10 Hz Mikrowelle 10 Hz 10 Hz Laserlink I = 180nm bis 1mm Satelliten (GHz) GEO MEO LEO km km km Gabi Dreo Rodosek, Leibniz-Rechenzentrum 5

2 Vorlesung: Bussysteme Vielfalt von Bussen und Schnittstellen IEC 625 RS 232-C RS 232-D TTY DIN ISA I C RS 485 RS 422 CCITT X 27 CCITT V.24 VXibus RS 423 EIA-RS 422-A V.28 AT-Bus VESA Ethernet XT-Bus VERSA DIN-Messbus Cheapernet D B-Bus Bitbus hp-bus EIAMA-232-E PDV-Bus Proway-Meßbus SCSI FDDI Stromschnittstelle ma SCSI-3 SASI IEC Stromschnittstelle ma NuBus ARINC IEC 625 USB Microchannel Centronics IEEE 1284 IEC 821 Bluetooth IEEE 1394 FireWire EISA IEC-Bus ISO 2110 IEEE 488 VL-Bus PCI Multibus VMEbus lnterbus-s VMX-Bus ANSI 1101 LAN ISDN CAN mbus Profibus Profibus-FMS Profibus-PA Profibus-DP und viele mehr... Organisatorisches ii Bernd Schürmann Vorlesung: Bussysteme 1.6 Modulation und Demodulation Definition: Modulation: Änderung von Signalparametern (Amplitude, Frequenz, Phase,...) eines Trägersignals durch ein modulierendes/aufgeprägtes Signal. Demodulation: Modem: Rückgewinnung des modulierenden Signals aus dem modulierten Informationsträger. Modulation und Demodulation in einer Einheit. Gründe: Mehrfachausnutzung von Übertragungssystemen (Frequenzmultiplex, Breitband) bessere Übertragung und Filterung hochfrequenter Signale Basisbandübertragung nur über elektr. Leitungen Verbesserung des Signal-/Störverhältnisses Modulationsprinzip: Quelle s(t) s M (t) Übertragungs- s M (t) s (t) Modulator kanal Demodulator Senke Träger s T (t) Träger Physikalische Grundlagen 1-35 Bernd Schürmann

3 Vorlesung: Bussysteme Wichtige Modulationsverfahren (Übersicht): Sinusträger Pulsträger analoges Modulationssignal analoges Modulationssignal (unkodiert) AM Amplitudenmodulation PAM Pulsamplitudenmodulation FM Frequenzmodulation PFM Pulsfrequenzmodulation PM Phasenmodulation PPM Pulsphasenmodulation QAM Quadratur(amplituden)- modulation digitales Modulationssignal (Umtastung) PDM Pulsdauermodulation digitales Modulationssignal (quantisiert und kodiert) ASK Amplitudentastung PCM Pulscodemodulation FSK Frequenztastung FSK Phasentastung QAM Quadraturphasentastung (Quadraturamplitudenmodulation) Physikalische Grundlagen 1-37 Bernd Schürmann Vorlesung: Bussysteme Symmetrische und asymmetrische Signalübertragung asymmetrische Übertragung Signalspannung wird gegen die gemeinsame Masse gemessen Vorteil: es genügt eine gemeinsame Masse für alle Signalleitungen Nachteil: störanfälliger Reduktionsmöglichkeit des Übersprechens: Masseleitung zwischen jeder Signalleitung Reduktionsmöglichkeit der Störungen von außen: Abschirmung Reduktionsmöglichkeit der Reflexion (s.u.): Abschlusswiderstände Physikalische Grundlagen 1-73 Bernd Schürmann

4 Vorlesung: Bussysteme symmetrische bzw. differentielle Übertragung statt einer gemeinsamen Masse wird jedes Signal über zwei Leitungen mit gegensätzlicher Spannung (gegen Masse) übertragen erhöht den Störabstand und erlaubt somit längere Übertragungswege Empfangssignal + gegensätzliche Spannungen auf den Leitungen Empfangssignal - Störimpuls (auf beiden Leitungen gleich) Differenzsignal Störimpuls in Differenz nicht mehr enthalten Reduktionsmöglichkeit der Störungen von außen: Abschirmung Reduktionsmöglichkeit der Reflexion (s.u.): Abschlusswiderstände Physikalische Grundlagen 1-74 Bernd Schürmann 2.2 Twisted Pair (verdrilltes Kabel) Eigenschaften Zwei isolierte, i.d.r. 1 mm dicke Kupferleiter (Masse und Signalleitung) werden verdrillt um elektrische Interferenzen auf andere Kabel zu reduzieren reduziert auch Einfluss von sporadischen Störungen, da diese gleichmäßig auf beide Leiter wirken Verwendung von zusätzlicher Abschirmung Probleme durch Skineffekt bei höheren Datenraten Verwendet in Bereich von einigen Metern bis Kilometern Es wird sowohl für analoge als auch für digitale Übertragung verwendet Datenrate bei 100 Mbit/s und höher (Gigabit-Bereich) Gabi Dreo Rodosek, Leibniz-Rechenzentrum 15

5 2.2 Twisted Pair (verdrilltes Kabel) Twisted Pair gibt es in verschiedenen Varianten, von denen zwei für Rechnernetze besonders wichtig sind Kategorie 3: 2 isolierte Kabel, die locker miteinander verdrillt sind; vier solche Paare normalerweise in einem Kunststoffmantel Kategorie 5: vergleichbar mit Kategorie 3, jedoch mit mehr Verdrillungen pro Zentimeter UTP Kategorie 3 UTP Kategorie 5 Kabeltypen UTP: Unshielded Twisted Pair (nicht abgeschirmte Leitungspaare) S/UTP: (s=screened), wie UTP, jedoch Gesamtabschirmung aus einem Metallgeflecht und/oder Metallfolie; falls Schirm nur aus Folie -> FTP (Foiled Shielded Twisted Pair) STP: Shielded Twisted Pair jedes Aderpaar bzw. Sternvierer besitzt eigenen Schirm S/STP: Screened Shielded Twisted Pair Gabi Dreo Rodosek, Leibniz-Rechenzentrum Twisted Pair: Bauformen Unshielded Twisted Pair (UTP) Shielded Twisted Pair (STP) (Twinax-Kabel) Screened/Unshielded Twisted Pair (S/UTP) Screened/Shielded Twisted Pair (S/STP) (Quadrax-Kabel) Kabelschirm (Screen) Kunststoffmantel Adernschirm (Shield) Adernpaare Gabi Dreo Rodosek, Leibniz-Rechenzentrum 17

6 Vorlesung: Bussysteme 2.2 Synchronisation Beginn und Ende eines Datenstroms muss zwischen Sender und Empfänger synchronisiert werden Datenstrom kann synchron oder asynchron übertragen werden asynchron: - Übertragung kann jederzeit erfolgen - Anfang und Ende markieren synchron: - Übertragung nur zu festen Zeitpunkten - Synchronisation auch wenn keine Nutzdaten gesendet (Senden von Synchronisationszeichen) parallele Übertragung serielle Übertragung asynchrone Übertragung Handshake- Betrieb Start-Stop- Verfahren synchrone Übertragung gemeinsame Taktleitung geeigneter Leitungscode oder Verwürfler (gemeinsame Taktleitung (z.b. V24)) Grundlagen der Datenübertragung 2-9 Bernd Schürmann Vorlesung: Bussysteme Handshake-Verfahren Prinzip: Sender muss Empfänger mitteilen, wenn gültige Daten vorliegen hierzu wird neben den Datensignalen eine Steuerleitung VALID benötigt Übertragung: Sender legt neue Information auf die Datenleitungen und gibt über die VALID-Leitung dem Empfänger bekannt, wann die Daten gültig sind das VALID-Signal darf erst gesendet werden, wenn korrekte Spannungen auf allen Leitungen der Parallelverbindung vorliegen ( Data Skew ) das VALID-Signal darf erst nach einer bestimmten Zeit t s gesetzt werden Partner 1 (Sender) Daten VALID Partner 2 (Empfänger) Daten ungültig Daten Teildaten gültig ( data skew) Daten gültig VALID t s Grundlagen der Datenübertragung 2-10 Bernd Schürmann

7 Vorlesung: Bussysteme Kapitel 6: Schnittstellen und Peripheriebusse 6.1 Genormte Schnittstellen (Beispiele) Serielle Schnittstellen - Übersicht [2, 4, 13] verschiedene serielle Schnittstellen: CCITT-Norm* V.10 V.11 V.24 EIA-Norm* RS-423A* RS-422A RS-232C TTY Übertragungsrate 100 kbit/s 10 MBit/s max. ca. 20 kbit/s max. ca. 4 kbit/s max. Länge 1200 m 1200 m 15 m 1000 m Bemerkung asymmetrisch symmetrisch in RS-449 zusammengefasst meist mit TTY kombiniert auch 20 ma- Stromschleife genannt *) CCITT = Comité Consultatif International Télégraphique et Téléfonique EIA = Electronic Industry Association RS = Recommended Standard Ein-/Ausgabe 6-1 Bernd Schürmann Seriell: V.24/V.28 - RS 232C ursprünglich: für Modem-Übertragung heute: Kopplung von Mikrocomputern untereinander, mit Druckern, Modems,... V.24 normiert Definition der Leitungen und V.28 die elektrischen Eigenschaften RS-232 beschreibt funktionelle und elektrische Eigenschaften, aber nur einen Teil der in V.24 enthaltenen Schnittstellenleitungen (z.b. keine Funktionen für automatisches Wählen) synchrone oder asynchrone Übertragung asymmetrisch, d.h. nur eine gemeinsame Masse TTL-Pegel Anschluss: 9-poliger oder 25-poliger Stecker (3 Leitungen würden ausreichen - der Rest für Komfort und Betriebssicherheit) 75-Baud-Hilfskanal zur Steuerung des Hauptkanals (z.b. bei FAX) heute nicht mehr verwendet - genauso wie die meisten anderen Leitungen ( durch spezielle Steuerzeichen ersetzt - Im-Band-Signalisierung ) Subminiatur- D-Stecker bzw. Cannon-Stecker Stift Abk. Bedeutung Richtung DEE - DÜE 1 PG Schutzerde 7 SG Signal-Betriebserde 2 TxD Sendedaten 3 RxD Empfangsdaten 4 RTS Sendeteil EIN 11 - hohe Frequenzlage EIN 20 DTR Eingabegerät betriebsbereit 23 - hohe Ü.-Geschwindigkeit EIN 5 CTS Sendebereitschaft 6 DSR Betriebsbereitschaft 8 DCD Empfangssignalpegel 21 - Empfangsgüte 22 RI Ankommender Ruf 15 RxC Sendeschrittakt von DÜE 17 TxC Empfangsschrittakt von DÜE 24 - Sendeschrittakt zur DÜE 12 - Empfangssignalpegel 13 - Sendebereitschaft 14 - Sendedaten 16 - Empfangsdaten 19 - Sendeteil EIN 9 Testspannung (nicht genormt) nicht belegt

8 Vorlesung: Bussysteme b) Hardware-Handshaking Null-Modem Kontrolle der Datenübertragung durch Schnittstelle (Schnittstellenbaustein) Handshaking durch die Leitungspaare RTS/CTS, DSR/DTR und die Leitung DCD ( es gibt verschiedene Handshaking-Protokolle) Datenverbindung ohne Modem (wofür V.24 ursprünglich geplant war) kann problematisch werden, da die meisten Rechnerhersteller nur Teile der V.24-Empfehlung implementieren Bei Kopplung zweier Rechner müssen einige Steuerleitungen gekreuzt werden. Null-Modem (Kabeladapter, der in die Verbindungsleitung zwischen den Geräten gesteckt wird) TxD RxD RTS CTS DSR SG DCD DTR TxD RxD RTS CTS DSR SG DCD DTR TxD RxD RTS CTS DSR SG DCD DTR TxD RxD RTS CTS DSR SG DCD DTR TxD RxD RTS CTS DSR SG DCD DTR TxD RxD RTS CTS DSR SG DCD DTR drei verschiedene Null-Modem (nicht benötigte Anschlüsse werden intern rückgekoppelt) Ein-/Ausgabe 6-5 Bernd Schürmann Serielles Netzwerk COM / Serielle Schnittstelle Für eine serielle Netzwerkverbindung benötigt man ein sogenanntes Nullmodemkabel mit 9- bzw. 25-Polen (Buchsen)!!! Nachteil : max ca. 0,2 Mbps!!!

9 Vorlesung: Bussysteme Parallel: Centronics serielle Schnittstellen: aus dem Telefonbereich parallele Schnittstellen: für Anschluss von Peripheriegeräten ( z.b. Drucker - Centronics-Schnittstelle) 1 19 Druckerschnittstelle der Druckerfirma Centronics: Quasistandard ( keine Norm!) die Begriffe: Drucker-, Parallel- und Centronics-Schnittstelle werden meist wie Synonyme verwendet jedes (parallel übertragene) Byte wird durch Handshaking synchronisiert Steckerbelegung: - in der Regel: 36-poliger AMP-Stecker der Fa. Amphenol - IBM-PC verwendet 25-poligen Cannon-Stecker wie bei RS-232 (auch die IBM-Schnittstelle wird meistens Centronics genannt) AMP-Stecker 1 14 Pegelfestlegung: - alle Signale sind TTL-kompatibel ( max. Leitungslänge: m) - Centronics-Schnittstelle verwendet positive und negative Logik Subminiatur- D-Stecker bzw. Cannon-Stecker IBM-Schnittstelle Ein-/Ausgabe 6-11 Bernd Schürmann Rechner (PC) Cannon-St. Drucker AMP-Stecker Signalstifnamtunstifstift Signal- Rich- Signal- Masse- Gruppe Bedeutung 2 D Daten Bit 0 3 D Daten Bit 1 4 D Daten Bit 2 5 Datenleitungen D Daten Bit 3 6 D Daten Bit 4 7 D Daten Bit 5 8 D Daten Bit 6 9 D Daten Bit 7 1 Strobe 1 19 Daten gültig Handshakeleitungen 10 ACK Zeichen übernommen 11 Busy Drucker beschäftigt 12 PE 12 - kein Papier Meldeleitungen 13 Select 13 - Drucker on-line 15 Error 32 Fehler aufgetreten 14 AutoFeed 14 - autom. CR nach LF spezielle 16 Init Puffer löschen Signale 17 SelectIn 36 Drucker on-line schalten GND 16, Masse (Logik) Stromversorgung FrGnd 17 Schutzerde (Gehäuse) 5 V 18 Spannung von Drucker unbeschaltet 15,

10 Paralleles Netzwerk LPT / Drucker Port Für eine parallele Netzwerkverbindung benötigt man ein sogenanntes Laplinkkabel mit 25-Polen (Stecker)!!! Nachteil : max ca. 2 Mbps!!!

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14 . Acoustically Coupled Modems V en-tel and Anderson-Jacobson acoustically coupled Bell 103 modems, 1970s. In case it's not obvious, they work by mashing the telephone receiver down into the rubber cups after placing the call (manually) and hearing the tone from answering modem, at which point the Carrier light should come on. There is no autodialer, and (obviously) no error detection, error correction, or compression. The 25-pin serial interface is at the rear and operates at 110 or 300 bps depending on the answering tone. E. Riedle Physik LMU. V.25-AWD V.90 E. Riedle Physik LMU

15 Digital Subscriber Line (DSL) Technik für den Teilnehmeranschluss (Local Loop) Einfache, preiswerte, flexible Technik nur für Kupferleitung, aber ISDN oder analoger Anschluss meist 2-Draht Schnittstelle Kanaltrennung (Splitter): Teil des Frequenzbereichs auf dem Kabel für Sprache, Teil für Upstream, Teil für Downstream 3 Kanäle: Sprache (4kHz), Download, Upload max. Übertragungsrate hängt von der Entfernung ab Begrenzt auf wenige Kilometer DSL-Varianten ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line T-DSL weitere Anbieter (z.b. Arcor, QSC, NGI,...) SDSL Symmetric Digital Subscriber Line HDSL High Data Rate DSL 4-6 Draht Schnittstelle VDSL Very High Bit Rate DSL Satelliten DSL Downstream per Satellit, Upstream per Telefon Up- und Downstream per Satellit

16 Typische Verkabelung Wand Ethernet TAE DSL- Splitter TALK / DATA TALK RS CS TR RD TD CD DSL-Modem Router mit Firewall ISDN/ analog * 8 # Bitrate zum Dienstnehmer (Vorwärtskanal) Bitrate (Mbit/s) MBit/s 40 VDSL MBit/s MBit/s ADSL 6 MBit/s RADSL 1.5 MBit/s ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 Kommunikationsnetze (MT) Breitbandkommunikation Entfernung in km

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