Computernetze TKHF Referat. Bernhard Wintersperger 5BHELI 2008/09

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1 Computernetze TKHF Referat Bernhard Wintersperger 5BHELI 2008/09

2 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlegendes Spannungspegel Lichtimpulse Netzwerkkarte OSI-Modell Geschichte Topologien Bustopologie Sterntopologie Baumtopologie Token-Ring Token Passing Fehlerbehandlung Ethernet Geschichte CSMA/CD Funktionsweise Ausprägungsformen Leitungscodierungen Token-Ring Ethernet: 10Base-T Ethernet: 100Base-TX Ethernet: 1000Base-T Quellen Internet Literatur Bernhard Wintersperger Seite 2 von 14

3 1 Grundlegendes Bei Computernetzwerken geht es im Allgemeinen darum, Informationen von einem Computer zu einem anderen zu übertragen. Um dies zu ermöglichen, gibt es verschiedene Ansätze. Die am häufigsten eingesetzten sind Spannungspegel und Lichtimpulse. 1.1 Spannungspegel Der wohl am häufigsten genutzte Ansatz ist die Übertragung von Informationen mittels Spannungspegeln über elektrische Leiter: beispielsweise Kupfer. Da es sich bei den zu übertragenden Informationen meist um binäre Informationen handelt, muss die Übertragung oft mit hohen Frequenzen im MHz Bereich von statten gehen, um hohe Übertragungsraten zu erreichen. Durch diese Frequenzen erhöht sich allerdings auch die Störanfälligkeit der Verbindungen. Aus diesem Grund werden die Signale im Normalfall durch verschiedene Modulationsverfahren und Codierungen vor Störungen von Außen geschützt. Auch die Kabel selbst müssen bestimmten Standards entsprechen und für die jeweiligen Frequenzen ausgelegt sein. 1.2 Lichtimpulse Eine andere Möglichkeit Informationen zwischen Computern auszutauschen ist die Übertragung von Lichtimpulsen. Dabei werden die elektrischen Signale des Computers in Lichtimpulse umgewandelt, welche über Lichtwellenleiter (LWL) übertragen werden. Auch hier werden die Signale mit hohen Frequenzen übertragen und es kommen Modulations- und Codierungsverfahren zum Einsatz. Da die Lichtimpulse allerdings unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen von außen sind, sind die Verfahren nicht ganz so aufwändig. Lichtwellenleiter werden häufig zur Überbrückung von großen Entfernungen eingesetzt, da die Dämpfung des Lichts in Lichtwellenleitern wesentlich geringer ist als die Dämpfung der Spannung in Kupferleitungen und sich die Signale dadurch über größere Strecken übertragen lassen. 1.3 Netzwerkkarte Um überhaupt an ein Computernetz angeschlossen werden zu können, benötigt jeder Computer eine Netzwerkkarte. Diese sorgt einerseits dafür, dass die ankommenden Signale demoduliert sowie decodiert werden und leitet die Daten nach einer Fehlerüberprüfung an den Hauptprozessor (CPU) weiter. Andererseits moduliert und codiert sie von der CPU kommende Daten und sendet diese ins Netzwerk. Abbildung 1 zeigt eine typische Netzwerkkarte zum Einbau in einen PCI-Slot in einem Computer. Auf vielen modernen Mainboards ist eine Netzwerkkarte bereits integriert. Abbildung OSI-Modell Da bei einer Kommunikation innerhalb eines Computernetzes verschiedenste Aufgaben und Probleme auftauchen, standardisierte die Internationale Organisation für Normung (ISO) 1983 ein Schichtenmodell um die Kommunikation verschiedenster Hosts innerhalb eines Netzwerkes zu ermöglichen bzw. zu sichern. Das OSI- Bernhard Wintersperger Seite 3 von 14

4 Referenzmodell, engl. Open Systems Interconnection Reference Modell, wird grundsätzlich in 7 Schichten eingeteilt. Jede Schicht behandelt andere Aspekte der Kommunikation. Von den Signalen auf der Leitung bis hin zu abstrakten Aufgaben in den höheren Ebenen. Für jede Schicht besteht eine Beschreibung was diese genau zu leisten hat und was innerhalb dieser Schicht geschehen muss. Die Umsetzung selbst wird allerdings nicht festgeschrieben. Dies geschieht innerhalb der Protokolle, die dann der jeweiligen Schicht aufsetzen. Somit kann man sagen, dass das OSI-Modell nur festlegt, in welcher Reihenfolge bestimmte Verarbeitungsschritte geschehen müssen und die Protokolle legen dann fest, wie jeder einzelne Schritt im Detail auszusehen hat. Durch diese Trennung der Verarbeitungsschritte entstehen Instanzen, weshalb das Modell auch als Instanzenmodell bezeichnet wird. Jede Instanz gibt die Ergebnisse ihres Verarbeitungsschrittes an die nächst-höhere Instanz weiter, wodurch ein vertikaler Datenfluss entsteht. Abbildung 2 zeigt die Schichten des OSI-Modells. Abbildung 2 2 Geschichte Die Geschichte der Computernetze deckt sich großteils mit der Geschichte des Internets, da dieses eigentlich das größte Computernetzwerk an sich darstellt. Die wichtigsten Punkte in der Geschichte der Computernetze sind unter anderem: 1969: Gründung des ARPANETS Das ARPANET wurde vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und dem US-Verteidigungsministerium entwickelt und stellte das erste Netzwerk mit dezentraler Struktur sowie Paketvermittelter Datenübertragung dar. 1973: Ethernet Details siehe Abschnitt /83: Einführung von TCP/IP Robert E. Kahn und Vinton Cerf entwickelten von 1972 an die TCP/IP Protokollfamilie. Die in ihr enthaltenen Protokolle werden auch heute noch eingesetzt und unter ihnen befinden sich einige, der am häufigsten verwendeten Protokolle überhaupt. 1984: DNS Paul Mockapetris entwarf 1983 das Domain Name System (DNS). Es stellt heute eine auf tausenden Servern verteilte Datenbank dar, welche Domainnamen und die zugehörigen IP-Adressen speichert. 1993: Einführung von WWW Tim Berners-Lee entwickelte 1989 am CERN in Genf, Schweiz erstmals ein Hypertext-System um Forschungsergebnisse einfach mit Kollegen auszutauschen und eine Verlinkung zwischen Dokumenten zu ermöglichen. Bernhard Wintersperger Seite 4 von 14

5 3 Topologien Beim physikalischen Aufbau einer Computernetzwerks gibt es verschiedene Möglichkeiten die Teilnehmer zu verbinden. Diese unterschiedlichen Formen der Verkabelung nennt man Topologien. Abbildung 3 zeigt eine Übersicht über die wichtigsten Topologien. Abbildung Bustopologie Die Bustopologie ist eine der ersten Topologien die für Netzwerke eingesetzt wurde. Sie zeichnet sich vor allem durch geringe Kosten beim Aufbau und eine relativ einfache Erweiterbarkeit aus, da nur eine Leitung gelegt bzw. erweitert werden muss. Sie wird heutzutage bei Computernetzen nur noch selten verwendet, da ihr Kostenvorteil von nur einer Leitung gleichzeitig auch ihr Schwachpunkt ist. Denn fällt diese eine Leitung aus, funktioniert das gesamte Netzwerk nicht mehr. Ein weiteres Problem bei der Bustopologie Abbildung 4 ist, dass sich alle angeschlossenen Teilnehmer ein Medium zum Senden und Empfangen von Informationen teilen müssen und es dadurch leicht zu Kollisionen kommt. Deshalb ist es unerlässlich, dass bei Verwendung einer Bustopologie ein geregeltes Zugriffsverfahren wie beispielsweise CSMA/CD zum Einsatz kommt. Abbildung 4 zeigt einen typischen Bus. 3.2 Sterntopologie Mit dem Aufkommen von Hubs und Switches entwickelte sich die Sterntopologie zur bevorzugten Topologie, wenn es um das Zusammenschließen von Computern ging. Ein großer Vorteil der Sterntopologie gegenüber der Bustopologie war, dass nun auch Punkt zu Punkt Verbindungen möglich waren. Ein Stern-Netz lässt sich durch den zentralen Verteiler sehr einfach erweitern, da neue Teilnehmer nur an den Verteiler angeschlossen werden müssen. Dadurch dass sich alle Verbindungen auf den Verteiler Abbildung 5 Bernhard Wintersperger Seite 5 von 14

6 konzentrieren, stellt dieser den zentralen Punkt des Netzwerks dar und bei Ausfall von diesem, bricht das ganze Netz zusammen. Genau das stellt auch den Schwachpunkt der Sterntopologie dar. Die Sterntopologie ist auch heute noch eine der am häufigsten genutzten Topologien und als Verteiler kommen in den meisten Fällen Switches zum Einsatz. Abbildung 5 zeigt ein typisches Stern-Netz. 3.3 Baumtopologie Die Baumtopologie stellt im Wesentlichen eine erweiterte Sterntopologie dar. Dabei kommt nicht nur ein zentraler Verteiler zum Einsatz, sondern es werden mehrere Verteiler in hierarchischer Anordnung, wie die Äste eines Baumes, eingesetzt. Wie auch bei der Sterntopologie hat nun, anders als bei der Bustopologie, ein Ausfall eines Endgerätes keine Auswirkungen auf restliche Netz mehr. Die Topologie eignet sich besonders gut zur strukturierten Verkabelung von größeren Gebäuden und oder Arealen, wie beispielsweise Firmenstandorte mit mehreren Abbildung 6 Gebäuden, und wird auch hauptsächlich dazu verwendet. Durch die Baumstruktur lassen sich dann einzelne Ebenenverteiler wie beispielsweise Büroverteiler auf Gebäudeverteiler zusammenfassen, die dann wiederum auf einem Hauptverteiler enden. Im Gegensatz zur Sterntopologie funktioniert der Großteil eines Netzes auch nach Ausfall eines Verteilers. Lediglich die Teilnehmer, die direkt an den ausgefallenen Verteiler angeschlossen waren, sind vom Netz abgeschnitten. Abbildung 6 zeigt ein Baum-Netz. 4 Token-Ring Token-Ring ist eine Vernetzungstechnologie, welche um 1980 zuerst von der Firma Procom und schlussendlich von IBM entwickelt wurde und lange Zeit als Standard für die Vernetzung von IBM Geräten galt. Die Spezifikationen zu Kabeltypen, Signalisierung, Paketformate und Protokolle sind im IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Standard definiert. Wie bereits der Name vermuten lässt, wird bei Token-Ring eine logische Ring- Topologie eingesetzt. Beim physikalischen Aufbau wurden jedoch sogenannte MAUs (Multistation Access Units) eingesetzt. Diese Geräte werden auch als RLVs (Ringleitungsverteiler) bezeichnet und setzten eine physikalische Stern-Topologie in eine logische Ring-Topologie um. Abbildung 7 zeigt ein MAU von IBM. Mit dem aufkommen von günstigen Ethernet-Switches stellte IBM den Vertrieb und die Vermarktung von Token Ring ein und die Technologie gilt heute als veraltet. Abbildung 7 Bernhard Wintersperger Seite 6 von 14

7 Als Medienzugriffsverfahren bei Token-Ring kommt das Token Passing (Dt. Tokenweitergabe) zum Einsatz. 4.1 Token Passing Grundlage für das Zugriffsverfahren ist, dass ein Freitoken, bestehend aus 3 Bytes, der von Station zu Station weitergereicht wird. Möchte nun eine Station etwas senden, wartet sie bis der Token sie erreicht hat, hängt die Nutzdaten an den Token und ändert die Steuerbytes entsprechend der Zieladresse. Weiters wird das Token-Bit von 0 (frei) auf 1 (belegt) geändert. Danach wird der Token an die nächste Station weitergereicht. Diese Station überprüft nun ob die Zieladresse innerhalb des Tokens mit ihrer eigenen übereinstimmt. Falls die Daten nicht für diese Station bestimmt sind, leitet sie den Token einfach an die nächste Station weiter. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange bis der Abbildung 8 Token die richtige Station erreich hat. Wenn die richtige Station erreich wurde, kopiert diese die Daten des Tokens und setzt ein Empfangsbit. Danach sendet sie den Token an die Absenderstation zurück. Wenn der Token die Absenderstation erreicht hat, überprüft diese ob die zurückgesendeten Daten mit den ursprünglich gesendeten übereinstimmen und ob das Empfangsbit gesetzt wurde. Sind beide Kriterien erfüllt, war die Übertragung erfolgreich und die Station löscht den Token und setzt einen neuen Frei-Token ins Netzwerk ab. Selbst wenn die Übertragung fehlschlägt muss der Sender nach empfangen einer Quittung (Token mit gesetztem Empfangsbit) einen neuen Freitoken senden, um zu gewährleisten, dass sich nach jeder Übertragung ein Freitoken im Ring befindet. Abbildung 8 zeigt eine Weitergabe eines Tokens von einer Station zu einer anderen. Token Passing wird vor allem in Netzwerken mit hoher Last eingesetzt, da jede Station eine garantierte Zugriffszeit auf das Medium hat. 4.2 Fehlerbehandlung Auftretende Fehler werden bei Token-Ring üblicherweise von einer Monitorstation, der AM (Activity Monitor) erkannt und behoben. Es ist nicht zwingend notwendig für den AM einen speziellen Server zu verwenden, vielmehr übernimmt in den meisten Fällen der Adapter, der den ersten Token generiert hat, die Funktion des AM. Im Falle des Verlusts eines Tokens erzeugt der AM nach Ablauf einer Timeout-Zeit einen Freitoken. Sollte einmal eine Station ausfallen bevor sie ein an sie adressierter Token erreicht, würde dieser ohne Fehlerbehebung endlos im Ring kreisen. Um das zu verhindern, setzt der AM bei einem vorbeikommenden Token das Monitor Bit (M- Bit). Wenn nun dieser Token noch einmal mit gesetztem M-Bit an der Monitorstation vorbei kommt, löscht diese den Token und generiert einen neuen Freitoken. Falls einmal der AM ausfällt, handeln die anderen Stationen untereinander einen neun AM aus. Bei Ausfall einer Schnittstelle überbrückt der Ringleitungsverteiler diese, um den Betrieb des Netzwerkes sicher zu stellen. Bernhard Wintersperger Seite 7 von 14

8 5 Ethernet Ethernet ist wie Token-Ring eine kabelgebundene Vernetzungstechnologie und stellt damit heute die Grundlage für den Großteil aller lokalen Netzwerke, im engl. auch LAN (Local Area Network) gennant. Ethernet ist im IEEE Standard spezifiziert und beschreibt Kabeltypen, Stecker, Signalisierungsverfahren, Paketformate und Protokolle. Bereits in den 1990er Jahren wurde Ethernet zur meistverwendeten LAN- Technik und löste damit andere LAN-Standards, wie beispielsweise Token-Ring, ab. 5.1 Geschichte 1973 schrieb Robert Metcalfe am Xerox Palo Alto Research Center erstmals ein Memo über das Potenzial des von ihm entwickelten Ethernets an seine Vorgesetzten. Ursprünglich war Ethernet ein firmenspezifisches Produkt und nicht standardisiert veröffentlichte Metcalfe einen Artikel mit dem Titel Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks und erstellte dafür unter anderem seine berühmte Grafik zur Abbildung 9 Präsentation von Ethernet (Abbildung 9) verließ Metcalfe Xerox und gründete die Firma 3Com veröffentliche das IEEE schließlich den Standard womit sich Ethernet durchzusetzen begann verabschiedete das IEEE den 802.3u bzw Clause 25 Standard, welcher die Spezifizierungen zu Fast Ethernet mit einer Übertragungsrate von 100Mbit/s enthielt. Dieser Standard ist der heutzutage am häufigsten eingesetzten Übertragungsstandard überhaupt. 5.2 CSMA/CD Da Ethernet ursprünglich für eine Bustopologie ausgelegt war (10Base5, 10Base2), benötigte man ein Medienzugriffsverfahren, welches in der Lage war, den Zugriff auf das Medium zu steuern. Beim Zugriff auf das Medium im Rahmen von Ethernet handelt es sich um ein asynchrones Verfahren. Das bedeutet, dass jede Station jederzeit anfangen kann zu senden und es keine festgelegten Sendezeiten pro Station, wie beispielsweise bei Token-Ring, gibt. Dies hat einerseits den Vorteil, dass keine Sendezeiten ungenutzt verstreichen, aber andererseits den Nachteil, dass es sehr leicht zu Kollisionen auf der Leitung kommen kann. Bei einer Kollision versuchen zwei Stationen gleichzeitig auf einem Medium zu senden, wodurch die Informationen von beiden Stationen unbrauchbar werden. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) wurde entwickelt um Kollisionen auf dem Übertragungsmedium zu erkennen und zu beheben. Mit der Weiterentwicklung von Ethernet und vor allem durch den Einsatz von Switches verlor CSMA/CD teilweise an Bedeutung. Trotzdem finden sich in nahezu allen Ethernet Substandards die Frame Header sowie die minimale Frame Länge zur Kollisionserkennung mittels CSMA/CD. Die minimale Frame Länge ist wichtig damit insbesondere der Sender eine Kollision erkennen kann um seine Übertragung abzubrechen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder zu starten. Aus diesem Grund dürfen Netzwerke auch nur eine begrenzte physikalische Ausdehnung besitzen. Eine maximale Round Trip Delay Time (RTDT) darf nicht überschritten werden. Bernhard Wintersperger Seite 8 von 14

9 Ein Beispiel: In einem Netz maximaler Ausdehnung (~maximale RoundTripDelayTime) sind Station Alpha und Omega die beiden am weitesten auseinanderliegenden Stationen. Das Medium ist frei und Alpha beginnt mit der Übertragung. Bis Omega bemerkt, dass Alpha sendet, dauert es genau eine halbe RoundTripDelayTime die Zeit, welche die Pakete/Signale von Alpha brauchen, um bis zur Station Omega zu gelangen. Hat nun Omega auch etwas zu übertragen und unmittelbar vor dem Eintreffen der Pakete von Alpha mit dem Senden begonnen als aus Sicht von Omega die Leitung ja noch frei war kommt es zunächst bei Omega zur Kollision, Omega bemerkt die Störung seiner Aussendung und kann entsprechend reagieren. Bis jetzt auch Alpha die Kollision bemerkt, dauert es noch mindestens eine weitere halbe RTDT die Zeit, welche die Signale von Omega brauchen, um bis zur Station Alpha zu gelangen. Damit Alpha die Kollision bemerkt und eine Sendewiederholung initiieren kann, muss Alpha also noch solange weiter am Senden sein, bis die Pakete von Omega eingetroffen sind. Außerdem müssen alle Stationen, die die Pakete von Alpha empfangen haben, rechtzeitig über die Kollision informiert werden. Die minimale Sendedauer (~ minimale Paketgröße) muss also stets größer sein als die RTDT (~ doppelte Ausdehnung des Netzes). [1] Funktionsweise Abbildung 10 zeigt die Funktionsweise von CSMA/CD welche im Wesentlichen aus 5 Schritten besteht. 1. Horchen Vor dem Senden wird das Medium abgehört, um zu prüfen, ob bereits eine Übertragung stattfindet. 2. Senden Falls das Medium frei ist, beginnt der Sender zu senden. Während des Sendens wird das Medium gleichzeitig abgehört, um sicherzustellen, dass eine möglicherweise auftretende Kollision erkannt wird. Falls während des Sendens eine Kollision erkannt wird, wird ein definiertes Störsignal (jamming Signal) ausgesendet, worauf alle Stationen das Senden einstellen. 3. Warten Sollte eine Kollision erkannt worden sein, so wartet jede Station eine zufällige Zeit bis sie einen neuen Sendeversuch unternimmt. Die zu wartende Zeit wird durch den Backoff-Algorithmus bestimmt, weshalb die Zeit auch Backoff-Zeit genannt wird. Nach Ablauf der Backoff-Zeit unternimmt der Sender einen neuen Sendeversuch. Jeder Sender hat für die Übertragung eines Paketes nur eine begrenzte Anzahl von Versuchen. 4. Fehler Die maximale Anzahl der Versuche wurde überschritten. In diesem Fall werden die Sendeversuche eingestellt und der Fehler an die höheren Netzwerkschichten weitergeleitet. 5. Ende Nach entweder erfolgreicher oder fehlerhafter Übertragung wird der Übertragungsmodus verlassen. Bernhard Wintersperger Seite 9 von 14

10 Abbildung Ausprägungsformen Durch die Popularität und stetige Weiterentwicklung gibt es heutzutage an die zehn Substandards unter dem IEEE Standard. Die verschiedenen Substandards spezifizieren verschiedene Kabel und Stecker zur Übertragung von Daten mit verschiedenen Übertragungsraten mittels des Ethernet Verfahrens. Abbildung 11 zeigt einen Überblick über die verschiedenen Substandards. Abbildung 11 Bernhard Wintersperger Seite 10 von 14

11 6 Leitungscodierungen Wie bereits in Abschnitt 1.2 beschrieben werden bei Übertragungen mit hohen Frequenzen verschiedene Modulationen und Codierungen eingesetzt um die Störanfälligkeit der Leitungen zu vermindern. 6.1 Token-Ring Token-Ring ist im IEEE Standard spezifiziert und verwendet zur Informationsübertragung mit 4 Mbit/s eine Bandbreite von 6 MHz. Bei dieser, häufig von IBM, eingesetzten Übertragungsrate werden geschirmte Twisted Pair Leitungen der Kategorie 3 und 4 eingesetzt. Als Leitungscodierung wird bei Token-Ring der differentielle Manchester Code eingesetzt (Abbildung 12). Abbildung Ethernet: 10Base-T 10Base-T ist im IEEE Clause 14 (802.3i) Standard spezifiziert und verwendet zur Übertragung eine Bandbreite von 10 MHz und schafft eine Übertragungsrate von 10 Mbit/s. Als Leitungen kommen Twisted Pair Leitungen der Kategorie 3, 4, 5 und 5e zum Einsatz. Als Leitungscodierung wird ein invertierter Manchester Code verwendet (Abbildung 13). Abbildung 13 Bernhard Wintersperger Seite 11 von 14

12 6.3 Ethernet: 100Base-TX 100Base-TX ist im IEEE Clause 25 (802.3u) Standard spezifiziert und verwendet zur Datenübertragung eine Bandbreite von 31,25 MHz. Die Übertragungsrate beträgt 100 Mbit/s. Zur Übertragung werden Twisted Pair Leitungen der Kategorie 5 und 5e eingesetzt. Zur Codierung wird eine 4B5B Codierung sowie eine Multilevel Transmission Encoding 3 levels (MLT-3) Codierung eingesetzt. Abbildung 14 zeigt die Codierungstabelle des 4B5B Codes. Das besondere am 4B5B Code ist, dass dabei nie mehr als zwei binäre Nullen hintereinander vorkommen. Dies ist besonders im Zusammenspiel mit der MLT-3 Codierung wichtig. Abbildung 15 zeigt eine typische MLT-3 Codierung. Dabei ist zu erkennen, dass sich der Spannungspegel des Codierten Signals nur ändert wenn am Dateneingang eine binäre Eins anliegt. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass der Datenstrom zur Codierung möglichst maximal zwei aufeinanderfolgende Nullen enthält um die Möglichkeit einer Abbildung 14 Synchronisierung zu schaffen. Abbildung 16 zeigt einen MLT-3 codierten Datenstrom mit 4B5B codierten Eingangsdaten. Es ist zu erkennen, dass sich der Spannungspegel aufgrund der binären Einsen viel öfter ändert, was eine Synchronisierung erleichtert. Abbildung 15 Abbildung 16 Bernhard Wintersperger Seite 12 von 14

13 6.4 Ethernet: 1000Base-T 1000Base-T ist im IEEE Clause 40 (802.3ab) spezifiziert, nutzt eine Bandbreite von 62,5 MHz und liefert eine Übertragungsrate von 1000 Mbit/s. Als physikalische Leitung kommen Twisted Pair Kabel der Kategorie 5, 5e (Cat5, Cat5e) und 6 zum Einsatz. Es wird eine Pulsamplitudenmodulation mit fünf Amplitudenstufen (PAM-5) sowie eine Trellis-Code-Modulation (TCM) durchgeführt. Besonders der Umstand, dass für eine Aufrüstung von 100Base-T auf 1000Base-T die Leitungen nicht getauscht werden müssen hat für eine Verbreitung des Standards gesorgt. Abbildung 17 zeigt wie Daten mittels PAM-5 Modulation übermittelt werden. Bei 1000Base-T ist eine solche Modulation notwendig da eine Übertragungsrate von 1000 Mbit/s eine Bandbreite von 500 MHz erfordert hätte, Cat5 Kabel sind jedoch nur bis 100 MHz spezifiziert. Abbildung 17 Da durch die Modulation pro Takt fünf Zustände unterschieden werden können und vier Doppeladern bei 1000Base-T im Einsatz sind, können pro Takt insgesamt 5 4 =625 Zustände unterschieden werden. Da pro Takt aber lediglich ein Byte (256 Zustände) übertragen wird, bleiben die restlichen Zustände für eine Vorwärtsfehlerkorrektur in Form einer Trellis-Code-Modulation frei. Bei der Trellis-Code-Modulation findet immer eine Faltungscodierung statt. Diese Codierung erfolgt mit einer Coderate von k, k+1. Das bedeutet, dass durch den Faltungscoder eine Menge von k Nutzdatenbits am Encodereingang ein Codewort von k+1 Bits am Encoderausgang ergeben. Bei der Decodierung kann dieses zusätzliche Bit nun zur Fehlererkennung und Korrektur verwendet werden. Abbildung 18 zeigt ein Trellis Diagramm eines Faltungscodes mit vier Zuständen und fünf Zeitpunkten. Der rot eingezeichnete Weg ist ein möglicher Lösungsweg. Abbildung 18 Bernhard Wintersperger Seite 13 von 14

14 7 Quellen [1] werkausdehnung_und_kollisionserkennung_durch_den_sender [ ] 7.1 Internet [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 7.2 Literatur Thorsten Jarz; Grundlagen der Netzwerktechnik Burkhard Müller; Netzwerke; Markt+Technik; ISBN Bernhard Wintersperger Seite 14 von 14