Übung 1 1. Was versteht man unter Kommunikationsprotokollen? Warum ist es sinnvoll für die verschiedenen Übertragungsprotokolle ein normiertes Schichtenmodell zu verwenden? 2. Für die echnerkopplung im LAN-Bereich wird noch vorwiegend Kupferkabel eingesetzt. Diskutieren Sie die verschiedenen Kabelarten (Einzeldraht, Doppelader, Band- und Koaxialkabel) mit ihren Vor- und Nachteilen. 3. Bei der Übertragung elektrischer Signale über lange Leitungen ist die Frage der elektrischen Ansteuerung und Anpassung von grundlegender Bedeutung. Was versteht man unter dem Wellenwiderstand Z einer Leitung? Welche olle spielen die "Abschlußwiderstände" einer Leitung und welche Möglichkeiten der Anordnung kennen Sie bei symmetrischer und unsymmetrischer Ansteuerung? Diskutieren Sie in diesem Zusammenhang die Leistungsanpassung im Grundstromkreis. 4. Wie groß sind die genormten Spannungspegel für die S232/V.24-Übertragung? Welcher Pegel stellt die '1' dar? 5. Die Übertragungsbandbreite einer Leitung wird durch ihre parasitären Kapazitäten und Induktivitäten begrenzt. Welchen Einfluss auf die Signalform des zu übertragenden digitalen Signals hat die Bandbreite des Übertragungskanals? 6. Erläutern Sie die physikalischen Grundlagen der Lichtausbreitung in Glasfaserkabeln. Welche 3 Typen werden hinsichtlicht des Faseraufbaues bei Lichtwellenleitern unterschieden? 7. Welche Dämpfungsverluste treten bei der Lichtausbreitung in Glasfasern auf? 8. Erläutern Sie anschaulich die verschiedenen Multiplexverfahren bei der Datenübertragung - TDMA, FDMA, CDMA, SDMA. 9. In einem gestörten Kanal beträgt der Signalpegel 5V, der Störpegel hingegen 100 mv. Die Bandbreite des Kanals soll 10 MHz betragen. Wie groß ist der Störspannungsabstand in db? Wie groß ist die Kanalkapazität des gestörten Kanals nach dem Theorem von Shannon? 10. Erläutern Sie die Unterschiede zwischen der BIT- und BLOCK-Synchronisation. 11. Skizieren Sie für die Bitfolge 1100101001110110 die Signalverläufe nach den folgenden binären Codierungsverfahren: Bipolar NZ, unipolar Z, AMI Z, Manchester.
Networks TV/adio Postal Service Pager/ Cellular Internet Telephone Communications Sensor Networks LANs/WANs Fresh Water Utilitis Examples of Networks Highway System Transportation Air Traffic System Sewerage Power Grid Water Transport Social Biological Family Cities Neurological Ecosystems Friends
Why a Layered Network Model? 7 6 5 4 3 2 1 Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical - educes complexity - Standardizes interfaces - Facilitates modular engineering - Ensures interoperable technology - Accelerates evolution - Simplifies teaching and learning
Peer-to-Peer Communications Host A Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Segments Packets Frames Bits Host B Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical
Layer Functions 7 Application Network Prozesses to Applications 6 5 4 3 2 1 Presentation Session Transport Network Data Link Physical Data epresentation Interhost Communication End-to-end Connections Address and Best Path Access to Media Binary Transmission
T H Y B I D T H Y B I D T H Y B I D T H Y B I D T H Y B I D T H Y B I D T H Y B I D T H Y B I D 250 Mbit/s 250 Mbit/s 250 Mbit/s 250 Mbit/s 250 Mbit/s 250 Mbit/s 250 Mbit/s 250 Mbit/s Pair 1 Pair 2 Pair 3 Pair 4 1000 MBit Ethernet 1000Base-T über TP-Kabel nach IEEE 802.3ab
eflexionen von offenen Kabeln Eine offene Stelle in einem Kabel, oder Kabelbruch, stellt einen abrupten Impedanzanstieg im Kabel dar. Durch Messen der Zeitdauer, die der reflektierte Impuls zur ückkehr benötigt, kann das Meßgerät die Position der offenen Stelle im Kabel bestimmen. eflektierte Signale von einem offenen, kurzgeschlossenen und abgeschlossenen Kabel
USB universeller serieller Bus - USB ist ein serieller Single-Master-Bus. - USB unterstützt drei Datenübertragungsgeschwindigkeiten: - Low Speed: 1,5 MBit/s - Full-Speed: 12 MBit/s (framepulse 1ms) - High-Speed: 480 MBit/s (framepulse 0,125 ms) - NZI-Codierung mit Bit-Stuffing auf der Senderseite ermöglicht Taktrückgewinnung im Empfänger. - elektrische Baumstruktur, der Host bildet die Wurzelschnittstelle, die Hubs die Verzweigungspunkte und die Endgeräte die Blattknoten. - Max. 5 Hubs können auf Grund von Signallaufzeiten kaskadiert werden, so dass maximal 127 Endgeräte angeschlossen werden können. - Kabellänge auf 5 m begrenzt, Signallaufzeit pro Kabelsegment 30 ns. - Stecker Typ A in Upstream-ichtung am Hub. - Stecker Typ B in Downstream-ichtung am Gerät. - USB-Kabel enthält eine verdrillter Doppelader (D+/D-), sowie zwei Stromversorgungsleitungen (VCC/GND). - logische Sternstruktur, zwischen jedem einzelnen Endgerät und dem oothub im Host besteht eine logische Punkt-zu-Punkt-Verbindung. - Der USB-Host-Controller steuert zentral den gesamten Busverkehr. Jede Datenübertragung wird vom Busmaster initiier. - Ein Scheduler generiert pro 1 ms ein Start of Frame (Framepulse). - Jedes USB-Endgerät erhält während der Konfigurationsphase (enumeration) eine eigene Adresse. - In Downstream-ichtung erfolgt der USB-Datentransfer im Broadcastmodus vom Host zur Funktion im Endgerät. - Die Spezifikation USB 1.1 definiert zwei Controller-Designs: - OHC: open-host-controller - UHC: universal-host-controller - Die Spezifikation USB 2.0 erweitert die Architektur: - EHC: enhanced-host-controller - USB-Transfertypen: - Control-Transfer: zur Steuerung der Hardware Control-equests - Interrupt-Transfer: Host fragt periodisch alle 10 ms nach kleinen Mengen Daten (typisch 8 Bytes), z. B. Mäuse und Tastaturen - Bulk-Transfer: zeitunkritische größere Datenmengen mit Fehlerüberwachung, z.b. Drucker und Scanner - Isochronous-Transfer: große Datenmengen mit definierter Datenrate ohne Fehlerkorrektur, z.b. Audio- und Video-Daten von einer Kamera
FireWire: IEEE 1394 Serial Bus - 2x Twisted Pair (Kupfer) jeweils abgeschirmt - CMOS Sende-/Empfangseinheit - 220mV Differenzspannung, 4mA Treiber, Flankensteilheit < 500ps - Stromversorgung 8...40 V, max. 1,5A - max. Länge zwischen den Knoten 4,5m - max. Länge zwischen Port und Gerät 72m - IEEE1394a: 100, 200 oder 400 MBit/s Übertragungsgeschwindigkeit - IEEE 1394b: 800 MBit/s Übertragungsgeschwindigkeit 1394a-Stecker 4pol. 1394a-Stecker 6pol. 1394b-Stecker 9pol. 9 8 7 6 5 4 3 2 1 5 6 3 4 1 2 6 1 2 3 4-1 8 pos. Versorgungsspannung, meist +12 V - 2 6 GND 1 3 1 TPB 2 4 2 TPB+ 3 5 3 TPA 4 6 4 TPA+ - 2 5 Schirm A, A+ - 2 9 Schirm B, B+ - - 7 nicht belegt
Tiefpass 1. Ordnung U e U a C U G(jω) = U a e 1 jωc = 1 + jωc 1 = 1+ jωc ϕ = arctanωc G(jω) = 1 2 2 1+ ω C 2 1 f g = G = 2πC 1 2 G in db G 0-3 0,7 0,1 1 10 100 f f g -20 0,1-40 0,01 ϕ 0 0,1 1 10 100 f f g -45-90 echteckübertragungsverhalten eines Tiefpasses U e U a f e = 10f g f e = f g 1 f = 10 e f g (Auf/Entladekurven)
Typische Werte: n M = 1,517 (Mantel) n K = 1,527 (Kern) Typische Werte: 100 µ m d K 200 µ m 400 µ m d M 200 µ m 300 µ m 500 µ m - Große Laufzeitunterschiede, der Lichtstrahlen, - Starke Impulsverbreitung Bandbreite-eichweite-Produkt B. l > 100 GHz. km, - Einsatzbereich: Ortsnetz, Bezirksnetz a) Mehrmoden-Stufenfaser Typische Werte: n M = 1,457 (Mantel) n K = 1,417 (Kern) Typische Werte: d K = 50 µ m d M = 125 µ m - Geringe Laufzeitunterschiede, der Lichtstrahlen, - Geringe Impulsverbreitung B. l > 10 GHz. km, - Einsatzbereich: Ortsnetz, Bezirksnetz b) Mehrmoden-Gradientenfaser Typische Werte: n M = 1,457 (Mantel) n K = 1,417 (Kern) Typische Werte: d K = 10 µ m d M = 125 µ m - Keine Laufzeitunterschiede, da nur eine Ausbreitungsrichtung - Formtreue Impulsübertragung B. l > 10 GHz. km, - Einsatzbereich: Fernverkehr c) Einmoden-Stufenfaser
1,0 Ansprechempfindlichkeit in A/W 0,5 Quantenwirkungsgrad Si InGaAsP Ge InGaAs 0 500 1000 1500 Wellenlänge λ in nm Ansprechverhalten typischer Photodioden
ATTENUATION ( db/km ) FIST WINDOW TOTAL LOSS SECOND WINDOW OH ABSOPTION PEAK THID WINDOW AYLEIG SCATTEIN G WAVELENGTH (( nm )) Attenuation of a silica glass Power - OFDM: Optical frequency-division multiplexing - WDM: Wavelength-division multiplexing - WDM-Systeme unterstützen Kanalabstände zwischen 10 GHz und 100 GHz ( 0,1 nm - 0,01 nm ) Wavelength-Division Multiplexing
Kanal 1 Synchrone Digitale Hierachie el op op el Kanal 1 Kanal 2 ATM 2,488 Gbps el op optisches op el Kanal 2 Kanal 3 TCP/IP über GBit-Ethernet el op WDM - Signal op el Kanal 3 Kanal n el op op el Kanal n elektrische optische Schnittstelle optische elektrische Schnittstelle