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
Ännäherung über Fourier-Koeffizienten 0 0 0 0 0 Signal 0 0 0 0 0 Harmonische T 2 3 4 5 6 7 8 9 0. Harm. 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2. Harm. 2 3 4 5 6 7 8 9 0 4. Harm. 2 3 4 5 6 7 8 9 0 8. Harm. 2 3 4 5 6 7 8 9 0 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
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
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 56.000 Gigabit / 86400 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
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
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
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 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 20 0 22 0 24 Radio Mikrowelle Infrarot UV Röntgen Gamma sichtbares Licht 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 0 0 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 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
Codierung, Bitübertragung 0 0 0 0 0 0 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 3 60 64 68 72 300 300 60 64 68 72 Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin -24 8
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.32 4.4 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
V.90 56 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
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