Bitübertragungsschicht

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1 Bitübertragungsschicht Theorie der Datenübertragung Fourier-Zerlegung, Abtasttheorem Übertragungsmedien Kupferdraht, Koaxialkabel, Lichtwellenleiter, Funk Multiplexverfahren Frequenz-, Wellenlängen-, Zeitmultiplex Übertragungssysteme Telefonnetz, ISDN, DSL, ATM Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -9 Fourier-Zerlegung Jedes periodische Signal läßt sich als eine Summe von Sinusfunktionen und Cosinusfunktionen beschreiben. g ( t) = k + a sin( 2ðnft) + b cos( 2ðnft) n= n n= n Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -0

2 Ännäherung über Fourier-Koeffizienten Signal Harmonische T Harm Harm Harm Harm Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin - Bandbreitenbegrenzung von Signalen Alle Übertragungsmedien weisen eine maximale Frequenz auf, darüber wird gedämpft. a Maximale Anzahl der Bit/sec ist proportional zur maximal übertragbaren Harmonischen B f Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -2 2

3 Abtasttheorem Abtasttheorem von Nyquist Abtastrate: d max =2B log 2 V Gesetz von Shannon d max =2B log 2 (+S/N) Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -3 Übertragungsmedien Magnetband Kupferdraht Koaxialkabel Lichtwellenleiter Funk Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -4 3

4 Übertragungsmedium Magnetband Datentransfer per Magnetband und Lieferdient Videocassette (Exabyte) 7 Gigabyte Box mit 50*50*50 cm enthält 000 Bänder In 24 Stunden an jeden Ort in Mitteleuropa Gigabit / sec = 648 Gbps 000 mal schneller als 622 Mbps ATM Kosten ca. 000 DM Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -5 Übertragungsmedium verdrilltes Kabelpaar (twisted pair) Verwendet für Telephon Neuerdings verwendet für Ethernet mm dicke Kupferdrähte, isoliert verdrillt: (reduziert elektromagnetische Störungen) Kategorie 3: 4 Paare Kategorie 5: stärker verdrillt, bessere Isolierung Übertragungsraten bis zu wenigen Mbit/sec Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -6 4

5 Übertragungsmedium Koaxialkabel Bessere Abschirmung, größere Entfernungen für hohe Frequenzen (HF-Kabel) 50 Ohm für Ethernet und Antennen 75 Ohm für Video bis in den GHz-Bereich Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -7 Übertragungsmedium Lichtwellenleiter (Glasfaser) Informationsübertragung durch Lichtpulse Licht wird entlang der Faser weitergeleitet Silizium Sender Sender Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -8 5

6 Frequenzbereiche in der Glasfaser Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -9 Monomode und Multimode Multimode: 65 um Betrieben mit Leuchtdioden Jitter Monomode: 0 um Betrieb mit Laser-Dioden Feinstmechanik erforderlich Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -20 6

7 Vorteile der Glasfaser gegenüber elektrischen Leitungen große Übertragungsbandbreite niedrige Signaldämpfung (< db/km) große Störsicherheit keine Potenzialprobleme Es werden keine elektromagnetische Felder abgestrahlt. Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -2 Drahtlose Übertragung Radio Mikrowelle Infrarot UV Röntgen Gamma sichtbares Licht Twisted Pair Coax Satellite Fiber AM Radio FM Radio Mikrowellen Richtfunk Seefunk TV LF MF HF VHF UHF SHF THF Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -22 7

8 Codierung, Bitübertragung Binär AM FM Phase Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -23 Frequenzmultiplex Mehrfachnutzung von Breitband-Kabeln durch Frequenzversatz Kanal Kanal 2 Kanal 2 Kanal Kanal 3 Kanal Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -24 8

9 Wellenlängenmultiplex wavelength division multiplexing (WDM) Mehrfachnutzung von Lichtwellenleitern durch Gebrauch unterschiedlicher Wellenlängen (Farben) LWL LWL 2 Gemeinsamer LWL LWL LWL 2 Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -25 Telefon-Modems MODEM= Modulator/Demodulator Bandbreite des Telefonnetzes: 3 khz 300 bit/sec (Akustikkoppler, 70er Jahre) 200 / 2400 / 9600 bit/sec (80er Jahre) V kbit/sec (Fax) V.32 bis 28.8 / 33.6 kbit/sec (90er Jahre) V.34, V.42 Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -26 9

10 V kbit/sec Richtung Benutzer Deutlich weniger Richtung Anbieter Umgeht den Tiefpass im Telefonnetzes V.90 Provider Modem V.90 Modem Anbieter ISDN ISDN TELEKOM D A Analog Telefon Benutzer Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -27 ISDN Integrated Services Digital Network Mit einem Anschluß zwei Telephone Outband Signaling über den D-Kanal 44 KBit Twisted Pair ISDN D-Kanal 6 K-Bit B-Kanal 64 K-Bit B-Kanal 64 K-Bit Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -28 0

11 ADSL DSL: Digital Subscriber Line ADSL Asymmetric DSL: 2 Mbit in Richtung Benutzer, deutlich weniger in die Gegenrichtung ISDN TELEKOM ATM oder Ethernet Twisted Pair Analog Telefon Aufmoduliert 2 Mbit Daten ADSL Modem Benutzer Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -29