KAPITEL IV: BASISWISSEN NACHRICHTENTECHNIK IM NETZWERKBEREICH

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1 KAPITEL IV: BASISWISSEN NACHRICHTENTECHNIK IM NETZWERKBEREICH Um als Mitarbeiter im Netzwerkbereich echtes Verständnis für Datenübertragungsvorgänge zu erlangen, ist ein Grundwissen über einige wesentliche physikalischen Vorgänge in der Nachrichtentechnik sehr hilfreich. Im folgenden werden die Bereiche Digitale Übertragung, Bandbreite, Modulationsverfahren, Digitalisierung, Datenübertragungsbetriebsarten, Spannungsverfahren, Serielle- und parallele Datenübertragung, Synchronisationsverfahren, Übertragungsgeschwindigkeit, Übertragungssicherheit, Verbindungsformen und Multiplexing kurz beleuchtet. 1. Digitale Übertragung - In der Digitaltechnik sind für Daten nur zwei Zustände, entweder Null oder Eins. - Die Möglichkeiten ei8ner Verfälschung der übertragenen Daten sind bei der Verwendung von nur zwei Zuständen deutlich geringer. - Auch können bei der Verwendung von nur zwei Zuständen verfälschte Signale leichter erkannt und wiederhergestellt werden. - digital vorliegende Daten müssen, da Kabel nur analoge Signale übertragen können, in analoge Signale umgesetzt werden. 2. Analoge Übertragung - zur Darstellung von Daten sind theoretisch beliebig viele Zustände nutzbar, wodurch eine Verfälschung jedoch leichter und eine Signalwiederherstellung schwieriger möglich ist. 3. Übertragungsbandbreite Diese ( in MHz angegeben ) bestimmt die maximal mögliche Übertragungsgeschwindigkeit eines LANs, den Frequenzbereich, die Differenz aus Maximalfrequenz und Minimalfrequenz, den das Medium verkraften kann Basisbandtechnologie - hierbei wird die gesamte Bandbreite für die Signalübertragung genutzt, das heißt zu einem bestimmten Zeitpunkt erfolgt die Datenübertragung nur in eine Richtung Breitbandtechnologie - hierbei können zu einem bestimmten Zeitpunkt mehrere unterschiedliche Übertragungen über dasselbe Medium (z.b. Kabel) erfolgen. - dabei wird das gesamte Frequenzspektrum in kleinere Frequenzbänder unterteilt und jedes zu übertragende Signal in eine geeignete Frequenzlage für das Medium umgewandelt werden. 4. Dämpfungsverhalten - diese Größe, als positiver Wert in Dezibel (=db) gemessen, besagt, welche Abschwächung der Signalstärke beim Durchlaufen des Übertragungsmediums auftritt, wobei kleinere Werte besser als größere sind.

2 - Diese Dämpfung ist vom Querschnitt des Kabelkerns abhängig (je größer Querschnitt, desto geringer die Dämpfung) sowie frequenzabhängig und wird durch Energiestreuung bei der Überwindung von Impedanz und Widerstand erzeugt. 5. Kabelimpedanz = Wellenwiderstand, dieser gibt den Wechselstromwiderstand eines Kabels bei einer bestimmten Frequenz in Ohm an. 6. Modulationsverfahren, Amplitude, Frequenz, Phase 6.1. Definition Modulation - Modulation bedeutet die die Umwandlung digitaler Signale ( Rechteckimpulse, Zustände 0 oder 1 ) zum Transport innerhalb analoger Signalschwingungen, da nur letztere zur Übertragung auf Kabelmedien geeignet sind (digitale Signale in analogen Signalen verstecken ) - Demodulation ist dann die Rückgewinnung digitaler Signale beim Empfänger Frequenz - ist ein Maß für die Schwingung mit dem Symbol f, der Einheit Hz. - 1 Hz stellt genau 1 Schwingung je Sekunde dar (1/s) 6.3. Amplitude - ist der Umfang der Ausschläge der Schwingung nach oben und unten Phase - ist die zu einem bestimmten Zeitpunkt herrschende Richtungszustand der Schwingung z.b. ansteigend, absteigend, Höchststand oder Tiefststand Modulationsverfahren Amplitudenmodulation - beim Amplitude-Key-Shifting (AKS = AM) werden zwei verschiedene Schwingungen gleicher Frequenz aber unterschiedlicher Amplitude zur Unterscheidung der Binärzustände verwendet. - Dieses Modulationsverfahren ist sehr anfällig für Störungen und Dämpfung und daher nur für geringe Datenübertragungsraten geeignet Frequenzmodulation - beim Frequency-Key-Shifting (FKS = FM) werden den zwei Binärzuständen verschiedene Frequenzen zugeordnet. - Durch die höhere Stabilität dieses Verfahrens gegenüber dem AKS lässt sich eine schnellere Datenübertragung über größere Entfernungen erreichen.

3 Phasenmodulation - beim Phase-Shift-Keyin (PSK = PM) werden Binärzustände durch Phasenverschiebungen beim Übergang zwischen 0 und 1 und umgekehrt dargestellt, wodurch sich die höchsten Übertragungsraten realisieren lassen. 7. Digitalisierung - = Quantisierung: hierunter versteht man das Verfahren der Umsetzung analoger in digitale Signale. - von den analogen Schwingungen wird mithilfe eines Zeitrasters (Abtastrate = festgelegter zeitl. Abstand) die höchste Frequenz des analogen Signals in der Abtastzeit in binäre Informationen umgesetzt. Je höher die Abtastrate ist, desto geringer ist der Informationsverlust ggüb. den analogen Daten, desto größer ist aber auch die Datenmenge. 8. Betriebsarten bei der Informationsflusssteuerung 8.1. Simplexbetrieb - hierbei werden Daten nur in eine Richtung versandt, ein Sender, ein Empfänger Halbduplexbetrieb - hierbei werden Daten abwechselnd zwischen Sender und Empfänger versandt, beide Endeinrichtungen verfügen über Umschalter zwischen Senden und Empfangen, eine gleichzeitige Sender- und Empfängeraktivität ist nicht möglich Vollduplexbetrieb - hierbei können Daten zeitgleich in beide Richtungen zwischen Sender und Empfänger verschickt werden. 9. Datenübertragungsverfahren nach der Anzahl der gleichzeitig gesendeten Bits 9.1. Serielle Datenübertragung - hierbei wird ein Bit nach dem anderen über die Leitung versandt, ist relativ wenig störanfällig und auch für längere Übertragungswege noch verwendbar Parallele Datenübertragung - hierbei werden die Daten byteweise verschickt, mehrere parallele Datenleitungen gleichzeitig genutzt wobei dies nur für kürzere Übertragungswege empfehlenswert ist. 10. Übertragungssicherungsverfahren - in der Übertragungstechnik ist die unverfälschte Zustellung von Daten an den Empfänger

4 entscheidend. Verfahren zur Übertragungssicherung werden eingesetzt, um Übertragungsstörungen zu erkennen (z.b. durch elektromagnetische Einwirkungen auf Metallübertragungsmedien) - Grundprinzip von Sicherungsverfahren: Beim Sender werden Zusatzinformationen berechnet (z.b. eine Prüfsumme), den Daten hinzugefügt und diese auf der Empfängerseite anhand der empfangenen Daten erneut berechnet. Bei Vorliegen einer Differenz wurde die Übertragung gestört Paritätsprüfung als Übertragungssicherungsverfahren - hierbei wird eine Gruppe gebildet, die aus einer Reihe von Datenbits und einem Paritätsbit besteht. Durch Löschen bzw. Setzen des Paritätsbits wird die Anzahl der gesetzten Bits gemäß vorheriger Konvention auf gerade (=even parity) oder ungerade (=odd parity) gesetzt. Die Bildung der Paritätsbits kann als sog. Querparität zeichenweise oder Längsparität über mehrere Zeichen hinweg erfolgen, wobei bei beiden oben genannten Verfahren problematisch ist, dass zwei gleichzeitige Fehler unerkannt bleiben, weil sie sich aufheben Zyklische Blocksicherung - = CRC = Cyclic-Redundancy-Check; hierbei wird eine Prüfsumme über eine größere Bitanzahl auf Basis der Polynomrechnung ermittelt, die Wahrscheinlichkeit der gegenseitigen Aufhebung von Fehlern ist hierbei sehr gering sodass fehlerhafte Bits mit großer Wahrscheinlichkeit erkannt werden. 11. Verbindungsformen Verbindungslose Kommunikation - bei dieser Verbindungsform können zur Datenübermittlung die Daten dem Medium willkürlich übergeben werden, es braucht vor dem Datenaustausch keine Verbindung zwischen Sender und Empfänger aufgebaut werden. - die zu übertragenden Daten werden in Datenblöcke unterteilt, jeder Datenblock erhält die Absender- und Empfängeradresse und kann dann auf beliebigen Wegen an den Empfänger versandt werden Verbindungsorientierte Kommunikation - diese Kommunikationsform umfasst die drei Teile Verbindungsaufbauphase, Datentransferphase und Verbindungsabbauphase. - Nachdem der Sender vom Empfänger den Verbindungsaufbau inklusive gesamter Netzadressinformation angefordert hat und eine erfolgreiche Bestätigung durch den Empfänger erfolgt ist, startet der Datentransfer, wobei den Daten Versendungsidentifizierer mit Sender- und Empfängerangaben mitgegeben werden. 12. Möglichkeiten der Mehrfachnutzung des Übertragungsmediums Frequenz-Multiplexing (FDMA) = FrequencyDivisionMultipleAccess: bei diesem Verfahren, welches sich besonders gut für

5 die Analogdatenübertragung eignet, werden den einzelnen Kanälen Trägerfrequenzen ( = carriers ) zugeordnet, wobei die Eingangssignale auf die jeweilige Trägerfrequenz moduliert werden, damit mehrere Kanäle gleichzeitig übertragen werden können Zeit-Multiplexing (TDMA) = TimeDivisionMultipleAccess: bei diesem Verfahren, welches sich besonders gut für die Digitaldatenübertragung eignet, wird die für die Datenübertragung zur Verfügung stehende Zeit in Zeitscheiben (=slots) fester Dauer aufgeteilt, wobei jedem sequentiellen Kanal eine Zeitscheibe zugeteilt wird.