[10] Nu P 06 1

© UNI Hannover, Institut für Allgemeine Nachrichtentechnik

Institut für Kommunikationstechnikwww.ikt.uni-hannover.de

Protokolle der OSI-Schicht 1Physical Layer

Kapitel 6.1

Netze und ProtokolleDr.-Ing. J. Steuer

Literatur:[Spra91] J.D.Spragins,et.all, Telecommunications Protocols and Design, Addison

Wesley Publishing Company, 1991, ISBN 0-201-09290-5[Hals96] F.Halshall, „Data Communications, Computer Networks and Open Systems“, 4th edition, Edison-Wesley, 1996, ISBN 0-201-42293-X

[Stall90] William Stallings, Local and Metropolitan Area Networks, 1990; MacMillenPublishing Company, ISBN0-02-415465-2

[Kann] Kanbach, Körber, ISDN - Die Technik, Hüthig-Verlag


(2)

Goals

Based on the OSI-model and the network structuresexplained in the introduction this lecture shall clarify therole of the layer 1 :

it shall enhance the understanding of the concept of the layer 1, the physical layer:

specification of mechanical, electrical, functional and proceduralissues

the following examples are used to show the differences in implementations

Terminal equipment for voice and data networks using wired and wireless accessnetwork elements for public and private networks using switchedand leased lines : PDH, SDH, switches and router

Sometimes we find more functions in layer one than defined in the OSI-Standard. Remember the value OSI-Standard is the concept, not the actual implementation. You will find these differencescomparing the different physical layers presented here. Of course there is also a history in the development of the layer one functionality. The evolution was driven by technological enhancements. In the very beginning of digital systems (where the roots of the OSI-system descend from) we had only base band transmission, pulses of DC. Clearly the physical layer is with a high probability different in modern mobile systems with OFDM-transmission and SDMA access techniques. Sometimes the way of the graphical representation of the layered model of the communication stackis so different from the original OSI standard that you nearly can´t recognize it, still the concept is similar. We find this often in the layering transmission stacks. This is not for fun or because transmission engineers need to be different, it is just because they need a more detailed view on the transmission link than the switching engineer.


(3)

Functions to layers in the ISDN protocolstack

connectorsbit synchronizationchannelstructuremultiplex

bittransmission

physicalconnectiondeactivation

physical layerconnectionactivation

1:Physical

media accesscontrol

Frame synchronization

sequencecontrol

Error controlFlow controldata link connectionrelease

data link connectionestablishment

2:Data Link

addressingcongestioncontrol

networkconnectionmultiplexing

networkconnectionrelease

networkconnectionestablishment

Routingrelaying

3:Network

Segmentingblocking

Flowcontrol

Error detection/recovery

Transport connectionrelease

Transport connectionestablishment

Transport connectionmultiplexing

4:Transport

sessionmanagement

sessionconnectionsynchronization

session to transportconnectionmapping

sessionconnectionrelease

sessionconnectionestablishment

5:Session

compressionexpansion

encriptiondecription

6:Presentation

application related functions7: Application

FunctionLayer

The ISDN protocol stack serves as example for the functional assignment to the layers of a protocol stack. In this chapter we are dealing with the physical layer only. The student shall understand that other protocol stacks show different assignments. The assignments are influenced by history and functional requirements. Some protocols were developed during the same period than the OSI protocol concept. This explains mayor differences, because it took some time until OSI was stable. Protocols developed prior to OSI do not need explanations for deviations. But why even protocols differ from OSI which were developed post OSI? Very simple: OSI puts a burden on the implementation, because it might not be efficient regarding timing and control overhead. Time and transmission capacity critical applications, like ATM or TCP/IP in certain applications force the developer to deviate from OSI implementation. Notice: Deviations are only allowed in layering and in functional assignments to layers. All other issues of OSI concepts should be followed strictly!Try to find out, why the channel structure multiplex is implemented in the layer one and not in the layer two!


(4)

Functions to layers in IEEE802.3 - Ethernet

bitsynchronization

bittransmission

connectors1:Physical

LLC Link Level ControlMAC Media Access Control

2:Data Link

3:Network

4:Transport

5:Session

6:Presentation

7: Application

FunctionLayer

Do you realize differencesTo the ISDN protocol stack?Do you realize differencesTo the ISDN protocol stack?

The IEEE 802.3 (Ethernet) protocol stack compared to the last slide (ISDN Protocol stack) proofs the statement, that the functional assignment differs from application to application.The Ethernet LAN (Local Area Network) establishes links between terminals simply by broadcasting the messages on a shared media, e.g. an coaxial cable. This holds for the 10Mbit/s Ethernet only! The packets broadcasted carry the address of the receiver and are passing every station. Only the addressed station shall access the packet. For such a scheme a network layer is not required, there is no switching, no routing, no connection control. The protocol is indeed very simple. The simplicity is paid for with a high need for bandwidth, but that is not critical in the local access. Especially not in the later versions of the IEEE 802.3 with 100Mbit/s ore 1 Gbit/swhere the medium is no longer shared between the connected stations. Mor details will be given in the lecture dealing with the layer 2.


(5)

mechanical principles, layer 1

the closer we are to the Terminal, the more dedicated wires areused for communication, control, synchronization and groundingthe more wires a connection has the shorter it is designedlong distance networks are supplied with 4-wire (2-fibre) techniques in order to support different channels for bothdirectionssubscriber access equipment is often designed for 2-wire connections to save investment (last mile!) [seperation of bothcommunication directions are handled with frequency-, time-, code- or hybrid-multiplex]

TerminalTerminal TerminalInterface

TerminalInterface

PhysicalLayer

Interface

PhysicalLayer

InterfaceCommunications

EquipmentCommunications

EquipmentCommunication

ChannelCommunication

Channel

few meters few 10 meters

few 100 meters

few 10 km


(6)

electrical principles, layer 1

close to the terminal the logical levels of the logic family implemented in the adjacent equipment are usedlonger distances to the communications equipment require higher distortion marginslong distance networks are supplied with 4-wire twisted pair (or 2-fibre) techniques in order to support dedicated channels for both directionssubscriber access equipment is often designed for 2-wire connections to save investment (last mile!) [separation of both communication directions are handled with frequency-, time-, code- or hybrid-multiplex]remote power feeding is found between the first network element and the terminal equipment


TerminalInterface

PhysicalLayer

Interface

PhysicalLayer





Channel

logical power level, e.g. TTL,CMOS,..

high voltagee.g. 15V, high distortion margin

telecommunication level: about 0,7V, near end cross talk


(7)

User Communications Equipment Interfaces (1)


TerminalInterface

PhysicalLayer

Interface

PhysicalLayer





Channel

Plug with resistor

anal

og li

ne 2

w

PC on ISDN

digi

tal l

ine,

2

w(U

-Inte

rface

)

Modem

NTRS 232 (min. 10w)V.24, X.21

PC with Modem2wire

ISDN Telephone

NT2wireanalog Telephone

ISDN

adaptor

NT

NT

alte

rnat

ive

S0-bus4 wire

S0-bus4 wire

ModemTerminaladaptor

2 wiremin. 10w analog line

NTS0-bus4 wire

RS 232 (min. 10w)V.24, X.21, USB

NTS0-bus4 wire

This and the following slides shall illustrate scenarios in our networks, where the OSI-concepts are applied.The scenarios above are not complete, they serve as example only.

Terminal Equipment, Terminal Interface and Physical Layer Interface are normally integrated into the Computer. Only in the old days they were distributed over several boxes.Even the communications equipment is in modern systems integrated into the Terminal Equipment, e.g. the ISDN Adapter.major differences of the scenarios:number of wires used to interconnect the unitsspecification of the electrical signal at the interfacesnetworks which are useddifferent access methods to the network

Another issue to be to be paid attention to is the implementation of the OSI-Layers in the different boxes. Each box does not serve the layer 1 only but upper layers as well. Which layers are implemented is differing from scenario to scenario.


(8)

Physical layer, modem

Modem

NTRS 232 (min. 10w)V.24 2 wire

centronix plug (ISO 2110)

• ITU V.24•electrical: min +3V logical 0 / -3V logical 1

•max +15V logical 0 / -15V logical 1note: symmetric to ground!

• ITU V.28 or RS232:•alternative: 20mA current on 2w (insensitive against noise)

•cable length (V.24/RS232): 15m•bit rates < 20kBit/s

• ITU V.10/11 RS423A/422A •allow for max 10Mbit/s and 10m

or 100Kbit/s and 1000m

• electrical: 860mV ac (0Np)• modulation: ASK (Amplitude shift keying)

FSK (Frequency SK)PSK (Phase SK)

• transmission rates:from 200bit/s to 56Kbit/s

TAE plug (1TR )

Western plug (ISO8877/RJ45) 4w of 8w


(9)

Pins of RS 232


(10)

Connection set up (procedure)


(11)

Limitations of V.24/RS232

low speedshort length (15m)different ground potentials at transmitter and receiver can influence the signalexpensive due to min 10 wiresnumber of options in the standard is 15!


(12)

physical layer, X.21

DCE

NTX.214 wire

DTE

Gb-DÜE Rückleiter/Signal Ground

DEEDTE

DÜEDCET-Senden/Transmit

Ga-DEE Rückleiter/Signal Ground

G-Erdleiter/Ground

S-Schrittakt/Signal element timing

I-Melden/Indication

C-Steuern/Control

R-Empfangen/Receive

B-Bytetakt/Byte timing

kein Telefonnetz!

X.21 ist der ITU-T-Standard für den Zugriff auf digitale Netze. (max. 10MBit/s)Infos siehe: http://www.frankuhlig.de/basics/schnittstellen.htmDEE DatenEndEinrichtungDTE DataTerminalEquipmentDÜE DatenÜbertragungsEinrichtungDCE DataCommunicationEquipment

Anschlüsse der X.21-Schnittstelle


(13)


DÜ

E/D

CE

Steuerinfo zum Rufaufbau (IA5)

Control Infofor call setup (IA5)

Transmit

Receive

Net

wor

k

Transparente Daten, 8bit orientiert/Steuerinfo zum Rufabbau (IA5)Control Info to Release (IA5)



Transparente Daten, 8bit orientiert Steuerinfo zum Rufabbau (IA5)Control Info to Release (IA5)

Zeit/time

Zeit/time

DCE

NTX.214 wire

DTE kein Telefonnetz!

Pin Nr. X.21 / V.11

Richtung Funktion

12 Txd(+) > transmit data

3 Ctrl(+) > control

4 Rxd(+) < receive data

5 Ind(+) < indicate6 Set(+) < signal element

timing78 GND <> signal ground

9 Txd(-) > transmit data

10 Ctrl(-) > control11 Rxd(-) < receive data

12 Ind(-) < indicate13 Set(-) < signal element

timing1415

DCE-Schnittstelle X.21 - V.11, 15-polige D-Sub Buchse

Pin Nr. X.21 / V.11 Richtung Funktion

12 Txd(+) < transmit data

3 Ctrl(+) < control4 Rxd(+) > receive data

5 Ind(+) > indicate6 Set(+) > signal element

timing78 GND <> signal ground

9 Txd(-) < transmit data

10 Ctrl(-) < control11 Rxd(-) > receive data

12 Ind(-) > indicate13 Set(-) > signal element

timing1415

Die Schnittstelle vom Netzabschluß (DUE) zum Netz ist in X.21vierdrähtig. Die Übertragung ist vollduplex und nur durch Paritätsbits gesichert. Die Information wird mit den Zeichen des internationalen Alphabets No 5 übertragen.

Das internationale Alphabet No5 ist ein sieben Unit Alphabet, d.h. es wird mit 7Bit per Zeichen codiert. Ein achtes Bit ist für die Parität vorgesehen (s.Recommendation ITU-T X4)


(14)

characteristica X.21

better than RS232 (number of pins, length)X.21bis allows adaptation to RS232control flow is slower than with RS232no control during data transfercontol logic (procedures) implemented in layer 1! (not OSI-conform)

Die X.21-Empfehlung ist Anfang der 70er-Jahre bei CCITT (Vorgänger ITU-T) entstanden. Zu diesem Zeitpunktgab es das OSI-Modell noch nicht. So nimmt es nicht Wunder, daß die Abbildung der X.21- Empfehlung auf das OSI-Schichtenmodell nicht vollständig möglich ist. Die X.21-Empfehlung hat Elemente aus den Schichten 1,2 und 3. Sie kennt z.B.. noch nicht die Service Access Points aus dem OSI-Modell. Selbst die Schicht 1 entsprichtnicht dem OSI-Standard, da sie nicht bittransparent ist. Kurzzeitige Signale werden in der Schicht 1 gespeichertund als Zustände an die Schicht 2/3 weitergegeben. Aus dieser Speicherfunktion ergibt sich die Notwendigkeitauch zeitliche Zusammenhänge zu betrachten. Die bei X.21 vereinbarten Protokolle sind noch sehr einfach. Sieerlauben in der Schicht 2 kaum Fehlerbehebungen, sondern nur gezieltes Auslösen der Verbindung.Die Signalisierung ist nur sehr mangelhaft gesichert! Dies ist einer der Hintergründe, warum man die vermittelten X.21-Netze außer Betrieb nimmt. Für die fest geschalteten Verbindungen wird keine Signalisierungeingesetzt, sondern nur die Zusammenschaltung durch den Operator, entweder durch manuelle Verbindung(Löten, Stecken) oder mit hilfe der Cross Connect-Systeme. Bei der X.21Schnittstelle werden physikalisch die oben bezeichneten Leitungen verwendet. Es ist darauf zu achten, daß die Erdleitungen nichtzusammengeschaltet werden. G steht für Ground. Der G-Leiter kann für Abschirmzwecke an den Kabelnverwendet werden.Die eigentliche Datenübertragung findet auf den Leitern R (receive) und T (transmit) statt. Die Leitungen I (indicate) und C (control) dienen der Steuerung der Datenflusses. Mit dem Schrittakt S wird die Synchronität derEndeinrichtung mit dem netz hergestellt. Der Bytetakt B ist nur optional.


(15)



TerminalInterface

PhysicalLayer

Interface

PhysicalLayer





Channel

Plug with resistor

anal

og li

ne 2

w

PC on ISDN

digi

tal l

ine,

2

w(U

-Inte

rface

)

Modem

NTRS 232 (min. 10w)V.24, X.21

PC with Modem2wire

ISDN Telephone

NT2wireanalog Telephone

ISDN

adaptor

NT

NT

alte

rnat

ive

S0-bus4 wire

S0-bus4 wire

ModemTerminaladaptor

2 wiremin. 10w analog line

NTS0-bus4 wire

RS 232 (min. 10w)V.24, X.21, USB

NTS0-bus4 wire

This and the following slides shall illustrate scenarios in our networks, where the OSI-concepts are applied.The scenarios above are not complete, they serve as example only.

Terminal Equipment, Terminal Interface and Physical Layer Interface are normally integrated into the Computer. Only in the old days they were distributed over several boxes.Even the communications equipment is in modern systems integrated into the Terminal Equipment, e.g. the ISDN Adapter.major differences of the scenarios:number of wires used to interconnect the unitsspecification of the electrical signal at the interfacesnetworks which are useddifferent access methods to the network

Another issue to be to be paid attention to is the implementation of the OSI-Layers in the different boxes. Each box does not serve the layer 1 only but upper layers as well. Which layers are implemented is differing from scenario to scenario.


(16)

physical layer, ISDN

NTS0-bus4 wire

What is substantially different from theconfigurations of RS232 and X.21?


Internationale Normung der S-Schnittstelle zur Erreichung einer weltweiten Endgeräte-PortabilitätBisher leider nur für Schicht 1 und Schicht 2 erreicht, Endgeräte sind daher mit unterschiedlicher Software für die jeweiligen Protokolle auszustatten.

(17)

S0-Schnittstelle (1)

3 Kanäle je Richtung im Zeitmultiplex, 2B+D16Busstruktur für max. 8 aufgesteckte Endgerätegemeinsame Nutzung des D-Kanals durch alle Endgerätezwei Endgeräte können gleichzeitig je einen Nutzkanal belegenkein Internverkehr möglichRichtungstrennung durch Vierdrahtbetrieb


(18)

TEA TEB NT

S0

Uk0

R

R

R

R

S0-Schnittstelle (2)

Richtungstrennung auf S durch Vierdrahtbetrieb:auf einer Doppelader sendet der NT an alle TEsdie zweite Dopplerader nutzen alle TE gemeinsam für ihre Sendewünsche Richtung NT

Abschluß der Leitungen mit je R=100 Ohmgalvanische Trennung zwischen Leitungen und Geräten durch ÜbertragerNennübertragungsrate auf S0 je Richtung 192 kbit/s (2 mal 64kbit/s, 1mal 16kbits, zus. Synchronisations- und Steuerungsbits s.u.)


(19)

Merkmale des S0-Rahmens

nach ITU-T I.430/431Buskonfiguration 1)alle Endgeräte empfangen das selbe Signalalle Endgeräte senden gemeinsam über eine Doppelader; insbesondere gemeinsamer Zugriff auf den D-Kanal 2); Echo-Kanal zur D-Kanal-ZugriffsteuerungAufstecken und Ziehen eines Endgerätes am Bus ohne Störung bestehender Verbindungen möglich3)Zeitmultiplex der einzelnen Kanäle

1)Diese Buskonfiguration führt zu wesentlichen Unterschieden in dem grundsätzlich angewendeten HDLC-Protokoll auf der Schicht 22) Hier liegt wieder das Problem der Benutzung gemeinsamer Kommunikationsmedien dezentralen Partner ohne gemeinsame Steuerung vor. Gleichzeitige Versuche, das Kommunikationsmedium zu benutzen führt zu Konflikten, folglich muß der Zugriff besonders gesteuert werden. Das übliche Verfahren ist, dass vor einem Sendeversuch in das Kommunikationsmedium herein gehört wird und nur wenn der Eindruck besteht, es sei frei tatsächlich gesendet wird. Wenn dieser Vorgang von zwei Teilnehmern exakt zur gleichen Zeit erfolgt, ist der Konflikt vorprogrammiert, da beide im guten Glauben sind das Medium sei frei. Der Konflikt muss dann erkannt werden und kann nach der Erkennung beseitigt werden.

3)Sollte von dem Apparat, der gezogen wird eine Verbindung bestehen, so wird diese eigene Verbindung in der Regel sehr wohl gestört (abgebaut), da das Endgerät seine TEI „vergisst“, es sei denn der Apparat verfügt über eine Batteriepufferung und benutzt nicht das Fehlen der Schicht 1 als Indikator zum Rücksetzen. Sollte in einem solchen Fall eine Batteriepufferung vorliegen und der Vorgang des Umsteckens an eine andere Steckdose dauert zu lange, so wird die Verbindung von der Vermittlungsstelle nach Ablauf eines Timers ausgelöst.


(20)

Merkmale des S0-Rahmens

Rahmenorientierte Übertragung auf S0 1)

Gleichanteilsfreie Übertragung 2)

Aktivierungsprozedur zur Herstellung von Bit- und Rahmensynchronisation 3)

Bittakterkennung durch Flankenerkennung 4)

Schicht 2:Rahmenerkennung durch definierte Verletzung der Coderegel 5)

1) Der Rahmen muss vorhanden sein, da mehrere Kanäle gemultiplext werden. Es existiert darüber hinaus ein Überrahmen für die Signalisierung, da die Übertragungsrate der Signalisierung sehr viel kleiner ist, als die des Nutzkanales.

2) Das Signal muss gleichanteilsfrei sein, damit die Leitungen mit Übertragern absolut symmetrisch abgeschlossen werden können; auf diese Weise lassen sich eingekoppelte Störsignale am Übertrager als Abschluss eliminieren.

3) Die Aktivierungsprozedur wird von dem ersten Endgerät das an den S0-Bus angesteckt wird eingeleitet. Alle nachfolgenden Geräte müssen sich in den dann schon bestehenden Rahmen einfügen.

4) Zur Bittakterkennung: Die Vermittlungsstelle gibt den Takt mit hoher Genauigkeit vor. Die Länge der Teilnehmeranschlussleitung ist bezogen auf die Laufzeit und Laufzeitschwankungen kurz. Die Dauer eines einzelnen Bits ist bekannt. Wenn im D-Kanal und im B-Kanal keine Information übertragen wird, ist immer noch das F-Bit und das FA-Bit vorhanden, die Taktinformation liefern. Der lokale Quarz muß nur genau genug sein, um die Zeit zwischen diesen Bits zu überbrücken. Es wird also keine PLL benötigt (schadet aber auch nicht).

5) Diese Codeverletzung reduziert den Overhead für die Synchronisation auf ein Bit pro Rahmen. Im Vergleich dazu: HDLC-Protokoll wird ein Oktett für die Synchronisation pro Paket eingesetzt, ebenso wird im PCM30Rahmen ein ganzes Oktett für die Synchronisation verwendet.


(21)

Signale in der Schicht 1

Info0 von TE oder NTkein Signal , Ruhe

Info1von TEAktivierungsanforderung an den NT----HL------HL------HL------HL--...

Info2 von NTeinen Grundrahmen zur Syncronisation der TEs (A=0)

Info3 von TEstabile Rahmen mit Kanälen zum NT

Info4 von NTstabile Rahmen mit Kanälen zu den TEs (A=1)

Die Aktivierungsinformation (Info 1) wird nur vom ersten Endgerät, das sich anschaltet auf den S0-Bus gegeben. Wenn schon ein Endgerät angeschaltet ist, steht schon Info 3 und Info 4 an, auf diese Rahmen kann sich das neue Endgerät direkt aufschalten und die Verhandlung mit der VST zum Aushandeln der TEI vornehmen; dieser Vorgang gehört allerdings in die Schicht 2.


(22)

Signale in der Schicht 1


(23)

+-

+-

AMI-Code

+-

+-

inv. AMI-Code0 0001 1 1 1

0 0001 1 1 1

AMI - Alternate Mark Inversion:Eine Markierung (1) wird abwechselnd mit positivem bzw. negativem Impuls dargestellt.

Pseudoternärer Code: zwei logische Zustände (Null, Eins) werden auf 3 physikalische Zustände abgebildet (pos. Impuls +, kein Impuls 0, neg. Impuls -)(gleichspannungsfrei)

Am ISDN-Basisanschluß eingesetzt wird ein invertierter AMI-Code:nicht die (1), sondern die (0) wird abwechselnd mit positivem bzw. negativem Impuls dargestellt.Grund: beim Kanalzugriff setzt sich die binäre null durch, s. layer 2

Leitungscodierung auf der S0 -Schnittstelle


(24)

Physical Layer: Definitionen

Es müssen Toleranzbereiche für die Signale definiert werden! Impulsmaske:

Problem: An einem Anschluss können mehrere Geräte sein. Die Signale von diesen Geräten können unterschiedliche Entfernungen von der Empfangsstation haben und somit unterschiedlich verzögert und verzerrt bzw. gedämpft ankommen.Außerdem können andere Störungen auf dem Bus vorhanden sein.

Der NT verwendet die Impulsmaske, um zu entscheiden, welche Impulse als gültig angenommen werden. Impulse, die nicht in die Maske passen, werden als ungültig betrachtet.


(25)

D L. F L. B1B1B1B1B1B1B1B1 E D A F N B2B2B2A B2B2B2B2B2 E D M B1B1B1B1B1B1B1B1 E D S B2B2B2B2B2B2B2B2 E D L. F L.

D L. F L. B1B1B1B1B1B1B1B1 L. D L. FA L. B2B2B2B2B2B2B2B2 L. D L. B1B1B1B1B1B1B1B1 L. D L. B2B2B2B2B2B2B2B2 L. D L. F L.

0

1

0

t

2 bits offset

TE to NT

NT to TE

48 bits in 250 microseconds

A AktivierungsbitB1 Bit des 1. B-KanalsB2 Bit des 2. B-KanalsD Bit des D-KanalsE Bit des EchokanalsF Rahmenbit

FA HilfsrahmenbitL DC-AusgleichbitM Multiframingbit = 0N = FAS Spare = 0

. an diesen Stellen ist derCode gleichanteilsfrei

Bruttobitrate4000kHz * 48 = 192 kbps

Impuls:+0-

S0-Rahmenaufbau


(26)

R R

max. 150m

NT

TE TE TETE TE TETETE

S0-Busbetrieb

max. 12 SteckverbinderLage des NT am Bus beliebigLängenbegrenzung auch für Stichleitungen

Begrenzung der Länge durch max. zulässigen Phasenversatz zwischen den sendenden TE.Begrenzung der Anzahl aufgesteckter TE durch die resultierende max. zul. Signaldämpfung.


(27)

R Rmax. 1000mNT

TE

R Rmax. 500m

NTTE

a) Punkt-zu-Punkt

b) Punkt-zu-Büschel

weitere S0-Betriebsarten

Begrenzung des Punkt-zu-Punkt Betriebs durch max. zul. Dämpfung.Punkt-zu-Büschel: max. 4 TE, die einen max. Abstand von 25 m haben dürfen.


(28)

Speisung

Speisung der NT aus DIVOSpeisung der Telefone aus dem lokalen Strom-Netz,

Spannungswandler im Telefonmax. Speiseleistung auf S0 : 7W

Notbetrieb eines Telefons aus DIVOSpeiseleistung aus DIVO ca. 1,3 Wmax. 400mW für TEmax. 350mW für NTmax. 500mW für Regenerator

Das normale analoge Fernsprechendgerät wird aus der Vermittlungsstelle gespeist. Damit ist der DienstFernsprechen unabhängig vom Vorhandensein einer lokalen Spannungsversorgung (z.B. durch die EVUs) sichergestellt. Die Grundfunktion Fernsprechen soll auch im ISDN ohne lokale Versorgungsspannung möglich sein.

Aufgaben des Regenerators s. U-Schnittstelle


(29)

Telefon-elektronik

2/4 Draht-Umsetzer

U/U-Wandler

220V/40V

I/U-Wandler

a1

b1

b2

a2

5 V

0 V

+40 V+40 V

0 V

0 V

40 V

a

b

5 V

Is

NA

na

NTTE

~220 V

Speiseschaltung

Über die a,b-Ader und eine Speisedrossel wird die Speisespannung auf einen Wandler gegeben, der die Betriebsspannung für den NT erzeugt.Über einen an das EVU-Netz angeschalteten Spannungswandler im NT wird im Normalbetrieb der S-Bus mit 40V Gleichspannung über den Phantomkreis gespeist. Jedes TE besitzt wiederum einen Wandler, der die im Endgerät benötigte Versorgungsspannung aus der Busspeisung erzeugt bzw. zumindest die Polarität der Speisung prüft. Fällt die EVU-Netzspannung aus, fällt das Relais NA ab und na schaltet auf den von der VST gespeisten Wandler um. Dadurch wechselt die Polarität der Speisespannung. Nur das notspeiseberechtigte Endgerät bleibt betriebsbereit, alle anderen Endgeräte schalten sich ab. Die Einstellung der Notspeiseberechtigt erfolgt über einen Schalter im Endgerät.


(30)

U-Schnittstelle (1)

zweidrähtige Schnittstelleaus Kostengründen Verwendung der bereits installierten 2-adrigen Teilnehmeranschluß-leitungen (sowohl in der öffentlichen Technik (Telekom) als auch in der Nebenstellentechnik)am Basisanschluß: Duplexübertragung von 144 kbit/s keine internationale Normung

Hohe Investionskosten für eine ev. Neuverkabelung der Teilnehmer.


(31)

U-Schnittstelle (2)

denkbare ÜbertragungsverfahrenFrequenzgetrenntlageverfahren

nicht eingesetzt wegen hohem Bandbreitebedarf, geringer Reichweite und schlechter Integrierbarkeit

ZeitgetrenntlageverfahrenEinsatz in TK-Anlagen

EchokompensationEinsatz im öffentlichen Netz (Reichweite größer als beim Zeitgetrenntlageverfahren)

Auswahl des Verfahren obliegt dem Netzbetreiber (keine int. Normung)

Anschlußleitungsnetze der Netzbetreiber sehr unterschiedlich, daher keine internationale Festlegung eines einzigen Übertragungsverfahrens möglich und sinnvoll. Vielmehr erhält der jeweilige Netzbetreiber die Möglichkeit, ein für sein Asl-Netz optimales Verfahren einzusetzen.


(32)



TerminalInterface

PhysicalLayer

Interface

PhysicalLayer





Channel

PC IEEE 802.3Ethernet NT

Plug802.3, coaxial cable, max 10Mbit/s (5Mbit/s)

LAN

NT

Hub/Switch802.3, twisted pair, optical fibre, 2 to 4 pairs, 100Mbit/s, 1Gbit/s

LAN

NT

Plug, Hub802.4/5 , or token, phy gleich

LAN

PC IEEE 802.3Ethernet

PC IEEE 802.4/5Token Ring / Bus

Here we are looking into access technologies for LAN. Again, the scenarios above are not complete, they serve as example only. For instance the mobile access is not shown, although it exists as HIPERLAN, or W-LAN (IEEE 802.11) or the Bluetooth, amongst others.The ring structure is mainly maintained in the first LAN´s with coaxial cable and a maximum transmission speed of 10Mbit/s. But notice, that due to the Media Access Protocol for all practical purposes it is only possible to achieve a data rate of 5Mbit/s. For 100Mbit/s and 1Gbit/s LAN´s the structure of the access was changed from a ring topology to a star topology. Thus we have the full transmission capacity available (if not with a Hub or Bridge several segments are brought together)


(33)



TerminalInterface

PhysicalLayer

Interface

PhysicalLayer





Channel

X.21, X.21bis DCE

Data Communication Equipment

DTE

Data Terminal Equipmentcircuit switched line, 4W15Wires

Data Communication:HSCSD, GPRS, UMTS,

HIPERLAN,W-LAN (802.11),......

The X.21 respective the X.21.bis (adaptation to the RS232) are still mentioned, although the technology is a little outdated, but the number of running systems with this interface is still tremendous.

A very modern example of interfacing data equipment to networks is given with the „Data“-handy. In this case the interface boxes are completely integrated into the handy. The interface is the air interface, which has a highly complicated structure. The handy is not really dealt with during this lecture. The lecture „Intelligent Networks and Mobile networks will take care.


(34)

PDH-Technik zur Verbindungsnetz

140M TE

140M TE

140/34

140/34

140M LT

140M LT

34/8

34/8

8/2

8/2

34 Mbit/s

8 Mbit/s

2 Mbit/s

TeilnehmerTeilnehmer

140/3232

34/2

8/2

70er-90er

Die ihm Rahmen verstreute Stopfinformation macht es unmöglich aus z.B. dem 140Mbit/s-Strom direkt einen 64Kbit/s-Kanal oder einen 2Mbit/s-Kanal herauszumultiplexen. Die exakte Lage der Bits ist auf den höheren Ebenen nicht bekannt! Also muß immer zu der Ebene zurückgemultiplext werden, auf der der gewünschte kanalliegt.


(35)

Transmission Equipment Interfaces (1)

Line TerminationLine Termination CommunicationChannel

CommunicationChannel

PDH optical, RF, coaxialLine Termination

optical, RF, coaxialLine Termination

optical, RF, coaxialCommunication

Channel


Channel

PDH optical, RF, coaxialLine Termination



Channel


ChannelPDH

ITU

-Sta

ndar

d

ITU

-G.7

03

ITU

-G.7

03

ITU

-G.7

03

ITU

-G.6

50ff

TransmissionFunction

TransmissionFunction




Channel


Channel

ITU

-G.7

03

SignalRegeneration

SignalRegeneration

Not only the Terminal equipment is designed according to the layering rules of the OSI-model, but also the transmission equipment. For the PDH-equipment (Plesiochronous Digital Hierarchy) shown here we have some difficulties to map the structure into the OSI-concept. PDH was developed much earlier than OSI-stacks. But at least the physical layer of interfacing to the transmission media can be considered to be close to OSI-ideas.Because transmission equipment is defined to serve as link it covers only layer 1 (physical) and layer 2 (link control).It is not very common to express the relations of transmission entities by the properties of the OSI-model, although it could be done. A very important issue in transmission is the aggregation of signals using multiplexing techniques and even the multiplexing of multiplexed signals. This is difficult to show in the OSI nomenclature. The Regenerator is a symmetrical unit. The picture shows one half of it. The Regenerator is used to form the digital Signal after it is distorted on its path through the transmission media.


(36)

SDH-Multiplexspinne

6 Mbit/s

C-4 140 Mbit/s

TU-3 VC-3

C-3

AU-4 VC-4AUGSTM-N

TUG-3

AU-3 VC-3

TUG-2 TU-2 C-2VC-2

TU-12 C-12VC-12

TU-11 C-11VC-11

XN X 1

45 Mbit/s34 Mbit/s

multiplexing (*N)

aligning (+Pointer)

mapping (+POH)

X3

X3

X4

X3

X7

X1

X7 X1

2 Mbit/s

1.5 Mbit/s

Die SDH-Spinne ist ein Entity-Relationship Diagram (E-R). E-R zeigen Zusammenhänge(relationship) zwischen funktionalen Einheiten(entity) auf. Sowohl synchrone als auch plesiochrone Nutzlasten können über SDH-Transportsysteme übertragen werden. In Europa ist der VC-4 die Basistransporteinheit, während in den USA der VC-3 dieselbe Rolle spielt.Die x-Werte an den Multiplexpfeilen geben den Multiplexfaktor an.Die niedrigen Bitraten 1,5, 2 und 6Mbit/s führen durch Zufügen des Pathoverheads und Pointers erst zur Tributary Unit. Bei den höheren Bitraten entspricht das der Administrativ Unit.Zu beachten ist noch die Indizierung der Bitraten in den Containern (Cik), i=1 für 1,5 und 2Mbit/s, k=1 für 1,5Mbit/s und k=2 für 2Mbit/s, i=2 für 6Mbit/s


(37)


MultiplexInterface

MultiplexInterface Line TerminationLine Termination Communication


Channel

SDHoptical, RF,

Line Terminationoptical, RF,

Line Termination

optical, RFCommunication

Channel


Channel

SDH


Channel


ChannelSDH

ITU

-Sta

ndar

d

ITU

-G.7

01-9

ITU

-G.7

01-9

ITU-G.650ff

optical, RF, Line Termination



Channel


Channel






Channel


Channel

The general remarks for the PDH are valid for the SDH (Synchronous Digital Hierarchy) as well. SDH has a number of advantages compared to PDH which promoted the switch from PDH to SDH in a few years only. SDH is much more cost efficient. Further explanations will be given in the ISDN-lecture.The SDH family has a regenerator as member, but on this level of abstraction the function is identically to the regenerator of the PDH systems. Thus it is not shown.


(38)

TUG21 TUG22 TUG264

STM11

TUG21 TUG22 TUG264

STM12

TUG21 TUG22 TUG264

STM14

STM4 in

STM4 in STM4out

TUG21 TUG22 TUG264

STM11

TUG21 TUG22 TUG264

STM12

TUG21 TUG22 TUG264

STM14

STM4 out

Patchen eines2Mbit/s-Signales

Patchen eines155Mbit/s-Signales

Add und Dropeines 2Mbit/s Signales

Add und Dropeines 155Mbit/s Signales

Add Drop Multiplexer (ADM)

ADM‘s sind in der Lage, aus einem hochbitratigen SDH-Bitstrom plesiochrone und niederratige synchrone Signale herauszulösen bzw. einzufügen. Deshalb ist der Aufbau von Ringstrukturen möglich.Ein Multiplexer hat keinen Zeitlagenumstieg. Ein Eingangscontainer kann immer nur auf denselben Ausgangscontainer geschaltet werden (patchen), oder ein Eingangscontainer kann heraus geschaltet (drop) werden und dafür der zeitlich gleiche im Ausgangsswignal neu belegt (add) werden.Zeitliche Verzögerungen entstehen nur durch die multiplexinterne Bearbeitungszeit der Signale und den Phasenausgleich bei Eingangssystemen unterschiedlicher Herkunft.Eingangs- und Ausgangsleitungen sind topologisch gesehen 1-polige Busleitungen, auf denen serieller Betrieb stattfindet.Durch vervierfachen der STM4-Blöcke kann das Bild auf STM16 Betrieb erweitert werden. Dann können auch die STM4 Signale gepatched oder ein- und ausgefügt werden.Hinweise: Das Blocksymbol oben rechts ist vollduplex gezeichnet, so wie die Realisierungen heute

vorliegen. Halbduplexsysteme sind nicht üblich, da diese Technik aus den Sprachdialognetzen stammen, in denen man immer beide Richtungen

benötigt (wenn kein TASI (Time Assignement Speech Interpolation) angewendet wird, also keine Sprachpausen genutzt werden, um mit dem Kanal andere Signale zu übertragen).

Im Hauptbild ist nur eine Übertragungsrichtung gezeichnet. Die zweite ist zugunsten der Klarheit der Darstellung entfallen, in der Realität aber vorhanden.


(39)

Physical Layer SDH/SONET

The specifications cover :optical interfaces (ITU G.957) , electrical interfaces (ITU G.703) radio interfacessubmarine systems interfacescompatibility of equipment from different vendorstransmission distances depending on fibres and bit rates

SONET : Synchronous Optical NetworkSDH: Synchronous Digital Hierarchy

We will not cover the radio interfaces and the submarine systems. The radio systems show very special requirements regarding bit error rates (BER) and the submarine systems need a span (length of multiplex section) of several thousand kilometers(http://home.singtel.com/news/default.asp?art_id={4F269FA3-F938-031A-E12E-B3FA44FA2458}).


(40)

Reference points for the SDH optical section

RS/OS

OS

OpticalSocket

OpticalPlug

RS/OS

OS

OpticalSocket

OpticalPlug

FibreS R

physical media trail

optical section trail

Reference points are no interfaces! They describe logical or functional points within the network. The referencepoint S is the input of an optical fiber for the SDH transmission. The transmission margins for the connection of the optical plug are counted within the transmission system, not within the fiber. The corresponding reference point at the output of that fiber is the R-reference point.Abreviations: RS: repeater section

OS: optical section


(41)

Classification of optical interfaces based on application

Application Intra-office

Inter-office

Short-haul Long-haul

Source nominal wavelength (nm)

1310 1310 1550 1310 1550

Type of fibre Rec. G.652

Rec. G.652

Rec.

G.652Rec.

G.652G.652G.654

Rec. G.653

Distance (km)a)

~ 20 ~ 15 ~40 ~ 80


(42)


MultiplexInterface



Channel

opticalCommunication

Channel


ChannelSta

ndar

d

opticalLine Termination



Channel


Channel

IETF

ITU

IEE

E

802.3

ITU

-G.6

50ff



WrapperProtocol

The wrapper protocol is used e.g. to gain cost efficient access for IP packets to an optical long distance network.


(43)

ISDN-Switching Equipment Interfaces (3)

MultiplexInterface



Channel

Switchingmatrix

Control

ISDN line card

analog line card

S2m line card

2Mbit/s line card

NTNTUko, 2w

NTNTanalog, 300-3400Hz

PABXPABXdigital, 2Mbit/s, S2m

2Mbit/s

155Mbit/s



private automatic branch exchange

The concentration in this slide is on the switch, not the terminals which are only given for better understanding.

The ISDN switches serve four different types of communication channels:the analog channel with a bandwidth of 3100Hzthe ISDN Basic rate access for the ISDN telephonethe ISDN primary rate access with 2Mbit/s (2,048) for the interconnection of PABX´s with a minimum

needof 30 channels

the 2Mbit/s access to other switches, using the transmission network (mainly SDH)Note, that the switching matrix is operating on 64Kbit/s only, world wide!

The scenario for routers or switches in the data communication networks is very similar. The routers and switches are connected to the environment by the interfaces to the appropriate terminals (given there) and interfaces to the transmission and switching networks (SDH, X.25, ATM, WDM)


(44)

x x x x x x x x x x x x x x x x x x

x yDEE DEE

100 km 400 km 1000 km 1000 km 400 km 100 km1000km

160.000 km

40000 km 40000 km

A1 A1

G1

12.500 km 12.500 km

A1 A1

5000 km 5000 km

National International NationalLokal Lokal

D A A G1 A A D

B1 B1

BCE

Internationale Referenzverbindungim öffentlichen Netz

Diese internationale Referenzverbindung ist bei ITU standardisiert. Sie soll an dieser Stelle zeigen, welche Entfernungen in den einzelnen Netzabschnitten einer internationalen Datenverbindung zu überbrücken sind. Eine nationale Anschlußleitungslänge von 100km mag international kurz erscheinen, wenn wir aber diese Länge mit der Asl im Telefonnetz vergleichen, die höchstens 20km lang ist, und im Mittel sogar nur wenige km überbrückt, dann ist die Asl des Datennetzes extrem lang. Die Ursache dafür ist die niedrige Anschlußdichte in der Fläche. Für wenige Teilnehmer werden nur wenige Vermittlungsstellen aufgebaut und dafür die Teilnehmer über eine lange Asl herangeführt. Zum Vergleich, im ISDN sind einige tausend Vermittlungsstellen in der Bundesrepublik installiert, um etwa 40Mio Teilnehmer zu versorgen. Im dedizierten Datennetz werden einige 100Tsd Teilnehmer von einigen 10 Datenvermittlungsstellen versorgt.Die Konsequenzen aus dieser Länge der Asl sind:keine Fernspeisung der Endgeräte (die Verlustleistung auf der Asl wäre zu groß)elektronische Einrichtungen in der Asl sorgen für die Reichweitenerhöhung (Wartungsaufwand im Vergleich zu Investitionskosten)

Die 160 000km kommen durch 2 Satellitenhops zusammen : gerundete Entfernung der Geostationären Satelliten (36000km senkrecht) 40000km rauf, 40000km runter, 40000rauf und 40000km runter.


(45)

The End


(46)

Functions to layers in IEEE802.3 - Ethernet

bitsynchronization

bittransmission

connectors1:Physical

LLC Link Level ControlMAC Media Access Control

2:Data Link

3:Network

4:Transport

5:Session

6:Presentation

7: Application

FunctionLayer

Do you realize differencesTo the ISDN protocol stack?Here only the layer 1 and 2 are specified, hence you needother standards for the higherLayers!

Do you realize differencesTo the ISDN protocol stack?Here only the layer 1 and 2 are specified, hence you needother standards for the higherLayers!

The IEEE 802.3 (Ethernet) protocol stack compared to the last slide (ISDN Protocol stack) proofs the statement, that the functional assignment differs from application to application.The Ethernet LAN (Local Area Network) establishes links between terminals simply by broadcasting the messages on a shared media, e.g. an coaxial cable. This holds for the 10Mbit/s Ethernet only! The packets broadcasted carry the address of the receiver and are passing every station. Only the addressed station shall access the packet. For such a scheme a network layer is not required, there is no switching, no routing, no connection control. The protocol is indeed very simple. The simplicity is paid for with a high need for bandwidth, but that is not critical in the local access. Especially not in the later versions of the IEEE 802.3 with 100Mbit/s ore 1 Gbit/swhere the medium is no longer shared between the connected stations. Mor details will be given in the lecture dealing with the layer 2.


(47)


DÜ

E/D

CE



Transmit

Receive

Net

wor

k

Transparente Daten, 8bit orientiert/Steuerinfo zum Rufabbau (IA5)Control Info to Release (IA5)



Transparente Daten, 8bit orientiert Steuerinfo zum Rufabbau (IA5)Control Info to Release (IA5)

Zeit/time

Zeit/time

Warum wird hier im Gegensatz zur Modemverbindung mit einer 4-Draht-Leitung gearbeitet?Die Leitung ist länger (mittlere Anschlussleitungslänge im Netz der DeutschenBundespost etwa 70km) und muss unter Umständen verstärkt werden


(48)

physical layer, ISDN

NTS0-bus4 wire

What is substantially different from theconfigurations of RS232 and X.21?

several Terminals are sharing one media!

Collisions need to be prevented! How to do that?

Documents

[10] Nu P 06 1