Kommunikationstechnik

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1 Kommunikationstechnik Bachelor-Studiengang Telematik SS 08 Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 1

2 Organisatorisches Vorlesung/Übungen jeweils Mo. 14:00-15:30 Uhr, Raum Mi. 11:30-13:00 Uhr, Raum 14-A107 Mi. 14:00-15:30 Uhr, Raum 14-A107 Jeweils am Ende eines thematischen Abschnitts der Vorlesung werden die Folien im PDF-Format auf dem Web-Server der TFH hinterlegt: siehe dort! Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 2

3 Prüfung Prüfung: Vortrag + Ausarbeitung 30% Bewertete Übung 10% (1 aus 4) Klausur 60% Theoretische und praktische Aufgaben zum Vorlesungsstoff Alle Teile müssen bestanden werden Klausurtermin wird mitgeteilt Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 3

4 Inhalte Grundlagen der Kommunikation Normung Topologie Datenübertragung Synchronisierung Multiplexing Modulation Kodierung und Kompression Serielle Schnittstellen Drahtgebundene und drahtlose Netzwerke RFID Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 4

5 Literatur Erich Stein: Taschenbuch Rechnernetze und Internet, Fachbuchverlag Leipzig Lochmann, Dietmar: Digitale Nachrichtentechnik, Verlag Technik, Berlin 2002 Firoz Kaderali: Digitale Kommunikationstechnik II, Verlag Vieweg, 1995 Dieter Conrads: Datenkommunikation, Verfahren - Netze - Dienste, Verlag Vieweg Wilfried H. Grüner: Grundlagen der Datenkommunikation, Datakontext Verlag, 1995 Peter Gerdsen, Peter Kröger: Kommunikationssysteme 1, Springer Verlag, 1994 Peter R. Gerke: Digitale Kommunikationsnetze, Springer Verlag, 1991 Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 5

6 Grundlagen der Kommunikation Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 6

7 Kommunikation I Der Begriff Kommunikation meint eine einseitige oder wechselseitige Abgabe ( Quelle ), Übermittlung ( Kanal ) und Aufnahme ( Senke ) von Informationen durch Lebewesen oder technische Systeme. Kommunikation kann in verschiedenen Formen erfolgen, z.b. als: Sprache, Bild, Ton, Text, allgemeine Information Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 7

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9 Kommunikation III Der Kommunikationskanal, über den Einheiten miteinander kommunizieren, muss verschiedene Voraussetzungen erfüllen: es existiert ein gemeinsames Übertragungsmedium (Luft, Kupferkabel), es stehen Transportkanäle zur Verfügung (Stimme, Frequenzen) und es gibt vereinbarte Transportmechanismen (Protokolle). Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 9

10 Kommunikation IV Franzose Informationsaustausch Finne Anwendung Französischer Text Finnischer Text Dolmetscher Englischer Text Nachrichten als englischer Text Englischer Text Dolmetscher Darstellung Sekretär Nachrichten in Sprache Sekretär Transport Töne Töne Telefonverbindung Vermittlung Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 10

11 Schlüsselbegriffe Schlüsselbegriffe sind: Informationen, Nachrichten, Daten. Informationen bestehen aus: Syntaktischem Teil, Semantischem Teil. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 11

12 Nachrichten und Daten In Nachrichten werden Informationen übertragen, Daten sind strukturierte Informationen wie z.b. Bild-Daten, Musik-Daten, html-dokumente usw. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 12

13 Darstellung von Informationen Analoge und diskrete Signal-Darstellung Zeichen sind elementare Muster zur Darstellung von Informationen Zeichen mit Bedeutung heißen Symbole Zeichenvorrat: Endliche Zeichen-Menge Binärer Zeichenvorrat: Nur 2 Zeichen Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 13

14 Bits und Bytes Ein Bit ist ein Zeichen, das nur 2 eindeutig unterscheidbare Werte annehmen kann. Üblich sind 0 und 1 oder (L)ow und (H)igh. Ein Byte sind 8 auf einander folgende Bits. (Wer kannte das nicht? Hand hoch!) Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 14

15 Alphabet und Sprache Alphabet: Sortierter Zeichenvorrat Wort: Beliebige Aneinander-Reihung von Zeichen aus einem Alphabet Sprache: Teilmenge aus der Menge aller möglichen Worte über ein Alphabet Keine Aussage über Bedeutung! Siehe das Problem mit Hamlet und den 100 Affen mit Schreibmaschine... Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 15

16 Informations-Codierung Deterministischer Kode: 1:1 Abbildung. Abbildung durch Funktion oder Tabelle. Digitale Darstellung besteht aus Ziffern (=Digits). Wenn es nur 2 Ziffern gibt, ist die Darstellung binär oder dual. Bei einem binären Kode wird auf Binär-Worte abgebildet, die Worte aus 0 und 1 und im Rechner einfach darstellbar sind. Intelligente Codes berücksichtigen die Häufigkeit des Auftretens bestimmter Zeichen in einer Sprache, Beispiel Morse-Code. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 16

17 Beispiel: Buchstaben-Kode ASCII = American Standard Code for Information Interchange Auswahl: A = (binär) = 65 (dezimal) B = (binär) = 66 (dezimal) C = (binär) = 67 (dezimal) usw. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 17

18 Die ASCII-Tabelle (man ascii) Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 18

19 Rechnerinterne Zahlendarstellung Darstellung im dualen System (also als 0 und 1 Ziffern) Ganze, natürliche Zahlen als reine Dualzahlen Ganze Zahlen mit negativen Zahlen durch 2- Komplement, aber auch manchmal in anderer Form Dezimalbrüche durch Vorzeichen, Charakteristik und Mantisse, verschiedene Architekturen Frage: Ist es sinnvoll, Zahlen in einer so spezifischen Codierung zwischen Systemen auszutauschen? Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 19

20 Bedingungen der Kommunikation In öffentlichen Kommunikationssystemen müssen alle Teilnehmer die gleiche Sprache sprechen, um Informationen austauschen zu können. Informationsübertragung außerhalb privater Einrichtungen unterliegt in vielen Ländern einem Fernmeldegesetz. Informationsübertragung außerhalb privater Einrichtungen ist von öffentlichen technischen Einrichtungen abhängig. Die sich schnell entwickelnde Technik erfordert eine Standardisierung für Übertragungswege und Kommunikationsendgeräte. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 20

21 Entwicklung der Kommunikation Client Client Client Client Host Internet Host Host Internet Host Financial clearing E-commerce engine WAP & SMS gateway Mobile UI Reservation system Grundfunktion des Internet FTP Web surfing PC als Client Heutige Nutzung des Internet Diverse Clients Integration von non-internet Systemen (z.b. financial & reservation systems) Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 21

22 ISO/OSI Referenzmodell ISO/OSI Schichtenmodell 7 Schichten gilt als Referenz für die Kommunikationstechnik Nicht exakt deckungsgleich mit z.b. TCP/IP (Internet) Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 22

23 Nochmal das Beispiel... Franzose Informationsaustausch Finne Anwendung Französischer Text Finnischer Text Dolmetscher Englischer Text Nachrichten als englischer Text Englischer Text Dolmetscher Darstellung Sekretär Nachrichten in Sprache Sekretär Komm.-St. Transport Töne Töne Telefonverbindung Vermittlung, Sicherung, Bitübertr. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 23

24 Basisdienste I Basisdienste sind Dienste, die bei der Kommunikation zweier Systeme in jeder Schicht aber mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen erforderlich sind. Basisdienste ermöglichen: den Verbindungsaufbau, den Datenaustausch, den Verbindungsabbau oder -abbruch. Dienste benutzen zur Erbringung Ihrer Aufgaben sog. Dienstprimitiven (Dienstelementtypen). Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 24

25 Basisdienste II Folgende Basisdienste gibt es: connect data disconnect/ release abort Anforderung des Aufbaus einer Verbindung zu einem durch eine Adresse definierten Empfänger Transport von Dateneinheiten über die bestehende Verbindung Unbestätigter / bestätigter geregelter Verbindungsabbau Ungeregelter Verbindungsabbruch Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 25

26 Dienstprimitiven Folgende Dienstprimitiven gibt es: Dienstprimitive Richtung Funktion request Nutzer zu Erbringer Dienstanforderung durch Senke indication Erbringer zu Nutzer Dienstanzeige der Quelle response (+/-) Nutzer zu Erbringer Positive (+) oder ablehnende (-) Antwort durch Senke confirmation (+/-) Erbringer zu Nutzer Bestätigung (+) oder Ablehnung (-) der Anforderung durch Quelle Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 26

27 Kommunikationsablauf Ruhezustand Verbindungsaufbau geregelter Verbindungsabbau Verbindungsabbruch Datenaustausch Verbindung ist aufgebaut Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 27

28 Dienstsignal Ein komplettes Dienstsignal hat im OSI-Modell folgende Syntax: <Schichtname>_<Dienst>.<Primitive>(<opt. Parameter>) Der Schichtname wird wie folgt angegeben: ph = physical layer dl = data link layer n = network layer t = transport layer s = session layer p = presentation layer a = application layer Als Parameter kann auch eine PDU (Protocol Data Unit) für Daten angegeben werden. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 28

29 Beispiele Dienstsignal n_connect.request(quelle, ziel): Am Dienstzugangspunkt n-sap mit der Adresse quelle fordert eine t-instanz einen Verbindungsaufbau zu einem entfernten n-sap mit der Adresse ziel an. dl_data.indication(pdu): Am dl-sap zeigt der dl_dienst der n-instanz das Vorliegen von Daten an. Als Parameter wird die zu übertragende PDU mitgeliefert. ph_abort.indication: Die ph-instanz zeigt der dl-instanz einen Provider-Abbruch an. Alle von der dl-instanz in Anspruch genommenen ph- Dienste sind nicht mehr verfügbar. Es ist möglich, einen Parameter mitzuliefern, der die Abbruchursache mitteilt. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 29

30 Normung I Die Basis für die Funktionalität von offenen Rechnernetzen ist die Festlegung von Regeln für die Kommunikation. Diese Regeln sind festgehalten in Normen und Empfehlungen. Für die Normung sind folgende Institutionen zuständig: DIN ANSI IEEE ISO Deutsche Institution für Normung (Deutschland) American National Standards Institute (USA) Institute of Electrical and Electronics Engineers (USA) International Standards Organisation (internationaler Verbund der nationalen Normungsinstitutionen) Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 30

31 Normung II Empfehlungen können von folgenden Institutionen gegeben werden: CCITT Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique (seit 1994: ITU-T) ITU BNetz-A International Telecommunication Union (drei Sektoren: ITU-R (Radiocommunication), ITU-T (Telecommunication), ITU-D (Telecommunication Development)) (Deutsche) Bundes-Netz-Agentur Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 31

32 Ausdehnung von Netzen Entfernung zwischen den Rechnern Bereich des Rechnerverbundes Bezeichnung 10 m Raum LAN (Local Area Network) 100 m Gebäude LAN 1 km Gelände (Campus) LAN 10 km Stadt MAN (Metropolitan Area Network) km Land WAN (Wide Area Network) km Erde GAN (Global Area Network) Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 32