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ISO/OSI Referenzmodell Physical Layer Öffentliche Kommunikationsnetze (PSTN - Public Switching Telephone Network. ISO / OSI Referenzmodell – TCP/IP. Application Layer Presentation Layer Session Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer.
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ISO/OSI Referenzmodell Physical Layer Öffentliche Kommunikationsnetze (PSTN - Public Switching Telephone Network
ISO / OSI Referenzmodell – TCP/IP • Application Layer • Presentation Layer • Session Layer • Transport Layer • Network Layer • Data Link Layer • Physical Layer
Aufgaben des Physical Layer • Erzeugung von Signalen • Elektrische Signale • Optisch • Elektromagnetische Wellen • Terrestrisch (Richtfunk, Funkwellen, …) • Nicht Terrestrisch • Anschluss an das Übertragungs-Medium • Anschlussarten • Stecker etc. • Pinbelegungen
Übertragungsmedien Quelle: Hansen Neumann S. 545
Öffentliche Netze • Kabelgebundene Netze (Hansen Neumann 651) • Terrestrische Funknetze (Hansen Neumann 672) • Satellitennetze (Hansen Neumann 696)
Protokolle und Techniken der Datenübertragung Hansen Neum 633 Quelle: Hansen Neumann S. 633
Kabelgebundene öffentliche Netze (Hansen Neumann 518) • Fernsprechnetze • Begriffe • PSTN Public Switching Telephone Network • POTS Plain Old Telephone Service • ISDN (Integrated Services Digital Network) – siehe Foliensatz ISDN • xDSL • TV-Kabelnetz • Stromnetz • FTTx • FTTH Fiber to the home • FTTB Fiber to the basement • FTTC Fiber to the curb • FTTN Fiber to the node
xDSL Einführung • xDsl Digital Subscriber Line • ADSL Asymmetric DSL • Unterschiedliche Bandbreite für UP- und DOWN Stream • Meist keine Ende-zu-Ende Beziehung sondern mit Dienste-Angebot verknüpft • Nutzt vorhandene Zweidrahtkupferleitungen • Entfernungen bis zu 5,5 km (VDSL Entfernungen bis zu 1,3 km) • Übertragungsleistung bis zu 8 MBit DOWN Stream und 1 MBit UP Stream
xDSL Anbindung von Haushalten (Hansen Neumann 655) DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Quelle: Hansen Neumann S. 655
Beispiel für den Einsatz eines xDSL Modems (Hansen Neu 657) DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Quelle: Hansen Neumann S. 657
Typische ADSL Gerätekonfiguration Quelle: Tanenbaum S. 157
DSL Bandbreite im Verhältnis zur Entfernung über Kat 3 UTP Quelle: Tanenbaum S. 154
Begriffe • ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line • LAN Local Area Network • WLAN Wireless Local Area Network • DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer • PPoE Point to Point over Ethernet • PPTP Point to Point Tunneling Protocol • POTS Plain Old Telephone Service (0,3 – 3,4 kHz)
Frequenzbänder bei ADSL (Hansen Neumann 658) Quelle: Hansen Neumann S. 658
xDSL Techniken (Hansen Neumann 656) Quelle: Hansen Neumann S. 656
Kennzahlen für xDSL - Verfahren (Hansen Neumann 660) Quelle: Hansen Neumann S. 660
Terrestrische Funknetze – Übersicht (Hansen Neumann 673) Quelle: Hansen Neumann S. 673
Begriffe • DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunication • WLAN Wireless Local Area Network • GSM Global System for Mobile Communication • GPRS General Packet Radio Service • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
Kommunikation über elektromagnetische Wellens • Funknetz (lokal begrenzt um Sender) • Mobilfunknetz (Zellenarchitektur, regionale Abdeckung) • Zellennetze • Einsatz von Mikrowellen • Vorteil hohe Übertragungskapazität im kurzwelligen Bereich • Mikrowellen werden • Quasi optische Ausbreitung – geradlinig • (Gegensatz Langwellen entlang der Erdoberfläche) • Reichweite wird durch Hindernisse wie Häuser Bodenwellen beschränkt • GSM Basisstationen mit Entfernungen bis zu 35 km • GSM Frequenzbänder 900 MHz, 1800 MHz
Global System for Mobile Communication (GSM) • Digitale Datenübertragung • Zeitmultiplexverfahren - bis 8 User pro Kanal • Zeitschlitz 577 Millisekunden, msec • Pro Trägersignal stehen 8 Kanäle zur Verfügung • Dienste • Sprachdienst • Fax • Short Message Service (SMS) • Leitungs- und Paketvermittelt • Synchron oder Asynchron (je nach Dienst) • Personenbezogene Nummernzuordnung (SIM Card, Subscriber Identity Module) • Übertragungsreichweite 40 km
GSM Frequenzbereiche und Übertragungskapazitäten • 2 Frequenzbereiche • GSM-900 • GSM-1800 • Uplink – senden zur Feststation, Basisstation • Downlink – senden zum Mobiltelefon • GSM-900 • Uplink : 890 - 915 MHz • Downlink: 935 - 960 • GSM-1800 • Uplink : 1.710-1.785 MHz • Downlink: 1.805 – 1.880 MHz • USA und Kanada • GSM 1.900 oder PCS 1.900 • Single-, Dual-, und Triband Telefone und Geräte • Datenübertragung 2,4 bis 9,6 kBit/s • Gesamtband 22,8 kBit/s • 13,2 kBit Steuerdaten • V.34 Modem
Netzbetreiber in Deuschland • Telekom (D1, GSM 900, GSM 1800) • Vodafone (D2 GSM 900, GSM 1800) • E-Plus (E GSM 1.800) • O2 (D2 GSM 900, GSM 1800)
GSM Telefon mit PCMCIA Adapter Kommunikation zwischen Telefon und Rechner + PCMCIA Karte + Bluetooth + WLAN Quelle: Hansen Neumann S. 686
Struktur eines GSM Netzes (Hansen Neumann S. 687) Quelle: Hansen Neumann S. 687
High Speed Circuit Switched Data (HCSD) • Weiterentwicklung der leitungsvermittelten Datenübertragung in GSM Netzwerken • Anderes Codierungsschema • 14,4 der 22,8 kBit/s eines Kanals können genutzt werden • Bündelung von Zeitschlitzen, Kanalbündelung • GSM stellt nur einen Zeitschlitz/Zeiteinheit eines Kanals zur Verfügung • Eine GSM Basisstation stellt 8 Kanäle zur Verfügung(8 parallele Zeitschlitze) • Vorstufe zu GPRS (General Packet Radio Service)
Kanäle und Zeitschlitze bei GSM einer Basis Station - Datenübertragung Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3 22,8 kBit/s pro Kanal 13,2 kBit/s Steuerinformationen 9,6 kBit/s Nutzdaten Kanal 4 Kanal 5 Kanal 6 Kanal 7 Kanal 8 Zeitschlitze von jeweils 577 Mikrosekunden
Vergleich GSM HSCSD 8,8 kBit/s Steuer- informationen 13,2 kBit/s Steuer- informationen 22,8 kBit/s pro Kanal 14,4 kBit/s Nutz- daten 9,6 kBit/s Nutz- daten GSM HSCSD
Nutzdatenbereiche bei HSCSD (V.90 Modem) Kanal 1 Kanal 2 4 Praxis HSCD: Empfang 57,6 Kanal 3 Kanal 4 8 HSCD: 14,4 kBit/s Nutzdaten / Kanal Theoretisch bei HSCD: 115,2 kBit Kanal 5 2 Kanal 6 Praxis HSCD: Senden 28,8 Kanal 7 Kanal 8
General Packet Radio Service (GPRS) • Paketorientierte Vermittlung und Übertragung • Datenpakete fester Länge • Orientierung an TCP/IP • Paektevermittlung, Packet switching, store and forward • GPRS Übertragungsraten von theoretisch 171,2 kBit/s • Vier Codierverfahren mit unterschiedlicher Fehlerabsicherung • Nettoübertragungsrate sinkt mit höherer Fehlerabsicherung • Ungesicherte Übertragung • Datenübertragung je nach Kanalnutzung zwischen Betreibern unterschiedlich • Typisch sind 53,6 kBit/s • Bei Nutzung von 4 Zeitscheiben pro Zeiteinheit (Takt)
Mögliche Übertragungskapaziäten von GPRS (Hansen Nemann 690) Quelle: Hansen Neumann S. 690
Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) • Von Ericsson entwickelt • Zwei Arten von Datendiensten • Enhanced GPRS (EGPRS) - leitungsvermittelt • Enhanced circuit switched data (ECSD) - paketorientiert • Max. 69,2 kBit/s pro Zeitscheibe, max. 8 Zeitscheiben • Nettoübertragungsraten von 8,8 bis 59,2 kBit/s pro Zeitscheibe • Max. Gesamtübertragungsrate von 384 kBit/s • Max. Übertragungsvolumen für GSM Netze • Einsatz bei all den Mobilfunkanbieter, die kein UMTS im Angebot haben
Versteigerung der Lizenzen zu je 8 Mrd. € • T-Mobile Deutschland • Vodafone D2 • Mobilcom Multimedia GmbH • E-plus 3G Luxemburg S.à.r.l. (E-Plus, Hutchinson • O2 (Germany) GmbH & Co oHG • QUAM GmBH
Entwicklungsgeschichte der Netze Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/UMTS
Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) • Weltweit einheitlicher Standard • ITU [ http://www.itu.int ] • Paketvermitlung • Keine Weiterentwicklung von GSM sondern eigenständiger Standard • Eigenes Konzept für die Funkübertragung mit höherer Übertragungsleistung • Theoretische Übertragungsrate einer Zelle von bis zu 1,920 Mbit/s • Aktuell max. 384 kBit/s • GSM Dienste wie SMS werden auch von UMTS unterstützt
International Telecommunication Union (ITU) [ http://www.itu.int ] • Headquarter in Geneva, Switzerland • ITU-R (Radiocommunication) [ http://www.itz.int/ITU-R/ ]früher CCITT (Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique) • ITU-T (Standardization) [ http://www.itz.int/ITU-T/ ]früher CCIR (Consultative Committee for International Radio) • ITU-D (Development) [ http://www.itz.int/ITU-D/ ]
UMTS Teilnehmer Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Wiki_statistik_umts-teilnehmer_dez2005_%28bitkom%29.PNG
3rd Generation Partnership Project Quelle: http://www.3gpp.org/tb/home.htm
3rd Generation Partnership Project (Partners) Quelle: http://www.3gpp.org/Management/OP.htm
UMTS Zugangsverfahren • Frequency division multiple access, FDMA, Frequenzband wird nach Bedarf in feste Kanäle aufgeteilt und jeder Teilnehmer erhält einen exklusiven Kanal • Time division mutlipe access, TDMA, Bandbreite wird über Zeitscheiben den Nutzern zugeordnet • Code division multiple access, CDMA, weder Zeitscheiben noch feste Kanäle, sondern über digital fingerprint codiert, der zwischen Sender und Empfänger ausgehandelt wird, Empfänger setzt die Daten wieder zusammen
Betriebsarten von UMTS • Wideband CDMA • mehrere Kanäle können parallel genutzt werden • FDD (Frequency Division Duplex, Frequenzmultiplex) • Zwei Frequenzbereiche • Uplink • Downlink • Aktuell erzielbare Datenrate in Deutschland aktuell bei 384 kBit/s (downlink) • TDD (Time Division Duplex, Zeitmultiplex) • Verfahren technisch aufwendig • Ca 2 MBit/s für den downlink erzielbar • Technik noch nicht im kommerziellen Einsatz • 3rd Generation Partnership Project (3GPP),[ http://www.3gpp.org ] Vgl auch: http://de.wikipedia.org/wiki/UMTS
Wideband CDMA (WDMA) • Spreizung des Signals • Größere Bandbreite • 5 MHz breites Frequenzband • 3GPP Spezifikation 25.201
Frequenzmultiplexing Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Frequenzmultiplex001.jpg
Zeitmultiplexverfahren synchron Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Zeitmultiplex-synchron_1.jpg
Zeitmultiplexverfahren asynchron Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Zeitmultiplex-asynchron_1.jpg
UMTS Zellen • Es existieren 4 Zellengrößen • Pikozelle (max. 100m) • Mikrozelle (wenige km) • Makrozelle (flächendeckend, ähnlich wie GSM) • Satellitenzelle, globale Versorgung mit UMTS • Hierarchieebenen werden als URAN, UMTS radio access network bezeichnet • Unterschiedliche Übertragungskapazitäten und Reichweiten • Geschwindigkeit, mit der sich der Nutzer bewegt ist ebenfalls entscheidend • Roaming (Weitergabe eines Nutzers an eine andere Zelle)
UMTS Zellen (Hansen Neumann S. 692 Quelle: Hansen Neumann S. 692
UMTS Übertragungskapazität, Zellengröße (Hansen Neum. S. 692) Quelle: Hansen Neumann S. 692
UMTS Frequenzbereiche Hansen Neumann S. 693 Quelle: Hansen Neumann S. 693 TDD Time Division Duplex, Zeitduplexbetrieb, Pikozellen, keine festen Frequenzbänder für Senden und Empfangen sondern je nach Auslastung dynamische Zuordnung, für Mikro- und Makrozellen, Asymmetrischer Betrieb möglich FDD Frequency Divison Duplex, beide Richtungen 60 Hz Bandbreite, Vollduplexbetrieb SAT Satellitenbetrieb
Zellenreichweite und Anzahl Teilnehmer einer Zelle (Hansen, … 695) Quelle: Hansen Neumann S. 695