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Übertragungsmedien und Leitungen (Übung)Kapitel 3.2

Netze und ProtokolleDipl.-Wirtsch.-Ing. Henrik Schumacher

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Übertragungsmedien in Rechnernetzen

Aufgabe: Beförderung „roher“ Bitströme zwischen den SystemenNach welchen Kriterien können Übertragungsmedien unter Berücksichtigung dieser Aufgabe unterschieden werden?

BandbreiteVerzögerungenKosten (was immer das bedeutet)Aufwand bezüglich der InstallationAufwand bezüglich der Wartung

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Magnetische Medien (1)

Welche der heute zur Verfügung stehenden Übertragungsmedien erreicht die höchste Datenrate?

Antwort: Magnetische MedienBeispiel (aus Tanenbaum):

Magnetband im LTO-Industriestandard fasst ca. 200 GByteein Karton mit 60 cm x 60 cm x 60 cm fasst 1.000 Bänder, dies entspricht 200 TByteZustellung innerhalb von 24h, Datenrate = 19 GBit/sZustellung innerhalb von 1h, Datenrate = 400 GBit/s

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Magnetische Medien (2)

Obwohl die zuvor vorgestellte Methode der Bitübertragung sehr leistungsfähig und kostengünstig ist, wird ihre massenhafte Anwendung durch einen entscheidenden Nachteil gehemmt.Um welchen Nachteil handelt es sich dabei und wann wird dieser besonders spürbar?

Hohe Verzögerungszeiten bei kleinen Datenmengen bzw. kleinen Dateneinheiten (Stunden bzw. Minuten)

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Verdrilltes Kabelpaar (1)

Ältestes und gebräuchlichstes Übertragungsmedium ist das verdrillte KabelpaarUnterteilung in Kategorien:

Kategorie 3 (Cat3): Verwendung bei Telefonanschlüssen, einfacher Aufbau, sehr billig, extrem hoher VerbreitungsgradKategorie 5 (Cat5): Einführung ab 1988, höhere Symmetrie, bessere Störeigenschaften, in verschiedenen Schirmungsgraden, RechnernetzeKategorie 5E: für GBit/s-Ethernet (1999: IEEE-Standard 802.3ab – vier Adernpaare, je 250 MBit/s)Kategorie 7: Geeignet für 10 GBit/s-Ethernet

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Verdrilltes Kabelpaar (2)

Anwendung bei analogen und digitalen Übertragungen

erzielbare Bandbreite abhängig vom Durchmesser der Cu-Adern sowie von der Länge des Kabels (einige MBit/s bis zu einer Entfernung von einigen Kilometern)

hohe Leistungsfähigkeit bei (relativ) geringen Kosten

praktikabelste Lösung für „die letzten Meter“ zum Endgeräte-Anschluss (LWL hat sich hier nicht bewährt!)

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xDSL-Technologien (Digital Subscriber Line)

HDSL - High Data Rate Digital Subscriber Line2 oder 3 Kupfer-Doppeladernbidirektional auf jedem Adernpaar1.5 oder 2 Mbit/s

SDSL - Symmetric Digital Subscriber Line1 Adernpaar

ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line Up-/Downstream mit unterschiedlichen Datenraten (z.B. 640 kBit/s und 8 MBit/s)quasi-unidirectionaler Betrieb möglichFrequenzbänder können außerhalb des Basisbandes liegen (Telefonie)

VDSL - Very High Speed Digital Subscriber LineBis zu 200 Mbit/s in Summe bei VDSL2

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ADSL - Aufteilung der Frequenzbereiche (ANSI)

Frequenz in kHz264 1100138

DownstreamUpstreamPOTS

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ADSL - Aufteilung der Frequenzbereiche

Ist ADSL nach ANSI geeignet für den Einsatz in Deutschland? Begründen Sie Ihre Antwort!

Antwort: NeinISDN ist im Gegensatz zu (beispielsweise) den USA in D weit verbreitet, der Einsatz von ADSL darf daher den Einsatz von ISDN nicht ausschließenBenötigte Bandbreite für ISDN:

130 kHz in D (Kodierung 4B3T)80 kHz in Europa (Kodierung 2B1Q)

ADSL nach ANSI lässt maximal 26 kHz im Basisband zu

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ADSL - Aufteilung der Frequenzbereiche (ISDN)

Frequenz in kHz130

DownstreamUpstreamISDN

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Basisband-Koaxialkabel (Coax)

geeignet für hohe Datenraten (bis in den GBit/s-Bereich) und große Entfernungenhistorisch bedingte Unterscheidung in Kabel mit 50 Ohm Wellenwiderstand für digitale Übertragung (Rechnernetze) und 75 Ohm für analoge Übertragung (Rundfunk)heute auf Langstrecken durch Lichtwellenleiter verdrängt, Bedeutung noch für ältere LANs und den Rundfunkbereich (Breitband-Koaxialkabel)zukünftig für die Überbrückung der „letzten Meile“interessant

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Lichtwellenleiter – LWL (1)

theoretische Datenrate der verwendeten Materialien zur Zeit ca. 50 TBit/sProbleme bei der Umschaltung von elektrischen auf optische Signale führen zu einer Begrenzung der Datenrate auf ca. 10 GBit/s (100 GBit/s im Laborversuch)Unterscheidung zwischen Monomode-Fasern und Multimode-Fasern

Multimode-Fasern haben schlechtere Eigenschaften bezüglich der Lichtbrechung, sind aber deutlich billiger als Monomode-Fasern

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Lichtwellenleiter (2)

Lichtbrechung und Totalreflexion an einer Grenzschicht zwischen zwei Medien mit unterschiedlicher Brechzahl:

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Vergleich Lichtwellenleiter – Verdrilltes Kabelpaar (1)

Nennen Sie Vorteile von Lichtwellenleitern gegenüber Kupferleitungen!

höhere Bandbreiteniedrigere Signaldämpfung (nur ca. alle 30 km ist ein Repeater notwendig, bei Kupferleitungen hingegen ca. alle 5 km) Kosteneinsparung!unempfindlich gegen elektromagnetische StörungenStörungen durch Lichtwellenleiter sind praktisch nicht vorhandenunempfindlich gegen viele – auch ätzende – Chemikalien

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Vergleich Lichtwellenleiter – Verdrilltes Kabelpaar (2)

Welcher Grund könnte – unabhängig von den zuvor genannten Vorteilen – Telefongesellschaften und große Unternehmen dazu bewegen, Lichtwellenleiter statt Kupferkabel einzusetzen?

Lichtwellenleiter sind sehr schmal und leicht, darum schafft derAustausch der Kupferverkabelung mit Lichtwellenleitern Platz in den vorhandenen – und oft überfüllten – KabelkanälenKupfer lässt sich gut wiederverkaufenBeispiel (Tanenbaum):

1000 verdrillte Kabelpaare, Länge 1 km = 8000 kg2 Glasfasern, Länge 1 km = 100 kg (zusätzlich bieten die Glasfasern eine höhere Übertragungskapazität!)

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Vergleich Lichtwellenleiter – Verdrilltes Kabelpaar (3)

Nennen Sie Nachteile von Lichtwellenleitern gegenüber Kupferleitungen!

relativ neue Technik deren Beherrschung nicht vielen Technikern geläufig istdie optische Übertragung ist unidirektional, daher sind immer zwei Fasern notwendig (bei bidirektionaler Übertragung –alternativ zwei Frequenzbänder was zu erheblich teurerer Anschlusstechnik führt)die verwendete Anschlusstechnik ist komplizierter als bei Kupferleitungen und nicht verwechslungssicherdie verwendete Anschlusstechnik benötigt mehr Platz als bei Kupferleitungenkeine Speisung des Endgerätes möglich

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Optische Nachrichtenübertragung (1)

Erläutern Sie das Prinzip der optischen Nachrichtenübertragung anhand eines Blockschaltbildes.Gehen Sie davon aus, dass das Signal sowohl am Eingang als auch am Ausgang als elektrische Größe vorliegt!

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Optische Nachrichtenübertragung (2)

Bestandteile der optischen Nachrichtenübertragung (von links):

Quelle (Sender)Analog/Digital-WandlerTreiberstufe (Verstärker)LeuchtdiodeLichtwellenleiterFototransistorDigital/Analog-WandlerTreiberstufe (Verstärker)Senke (Empfänger)

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Kostenaspekte bei Übertragungsmedien

Nennen Sie Faktoren, die die Optimierung der Kosten bei der Planung von Netzen wesentlich beeinflussen und begründen Sie deren Einfluss.

Leitungslänge (Zahl und Größe der Netzknoten, Investitionen)Leitungstyp (Cu, LWL) (Bandbreite, Investitionen)Multiplexbildung, Hierarchie (Betriebskosten)Konzentration (geringere Kosten im Netz)Flächendeckung (Investitionen)Art, Ort, Größe der Kommunikationseinrichtungen (Netzstruktur, Investitionen)

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Ende

Fragen?