Netzwerktopologien, Übertragung und Ethernet im Überblick

Medienübertragung und Kabeltypen

Kabelgebunden (Signale übertragen): Symmetrisch (zwei Leiter zur Kompensation von Störungen) oder unsymmetrisch (Modifikation des empfangenen Signals).

• Stranded (Litze): 4 verdrillte Paare.
• UTP (digital): Unshielded Twisted Pair (unshielded verdrillte Paare).
• FTP (digital): 4 verseilte Paare mit einem umgebenden Geflecht.
• STP (digital): Schirmung jedes einzelnen Paares sowie zusätzlich aller Paare gesamt.
• Koaxial (analog & digital): Innenleiter (Kupfer), Isolierung (Kunststoff), Metallgeflecht, äußere Kunststoff- oder Metallschicht. Verwendet in symmetrischen Systemen.

Glasfaser (Lichtimpuls-Übertragung):

• Multimode: Geringere Distanzen, 62,5 und 50 Mikrometer Kerndurchmesser, 125 Mikrometer Mantel. Verwendung von Kern und Kunststoffmantel. Ausbreitung durch Reflexion. Mehrere Signale gleichzeitig. Probleme bei Reflexion und Streuung.
• Singlemode: Längere Distanzen und große Bandbreite, ähnlich strukturiert wie Multimode, aber mit einem Kerndurchmesser von 5 Mikrometern oder weniger. Das Licht breitet sich direkt entlang der Faser aus. Geringere Verluste, höhere Leistung.

Drahtlose Übertragung (Air-Tx):

• Laser: Hohe Geschwindigkeit (max. 1 Gb/s).
• Infrarot: Kurze Distanzen.
• Funk: Höhere Frequenzen erlauben größere Übertragungsraten.

Kodierungsverfahren

TTL-Kommunikation: Das Problem liegt im erzeugten Strom. 1 -> 5V, 0 -> 0V

• NRZ-L (symmetrisch): 1 -> +V, 0 -> -V
• NRZ-I (differenziell): Bei Signalwechsel (Pegelwechsel) -> 0; bei keinem Wechsel -> 1
• Manchester (10 Mbit/s Ethernet): Erhöht die Anzahl der Bit-Übergänge, verbraucht die doppelte Bandbreite. Übergang von oben nach unten -> 1, von unten nach oben -> 0
• Differenzielles Manchester: Information ist im Pegelwechsel enthalten. Bei Wechsel -> 0; bei keinem Wechsel -> 1
• MLT-3 (Fast Ethernet / 100 Mbit/s): Mehrstufige Kodierung. Bei Wechsel -> 0; bei keinem Wechsel -> 1. Geringe Probleme bei langen Null-Sequenzen. Gute Bandbreitenausnutzung.

Netzwerktopologien

• Stern (Star): Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Multiplexing in Zeit, Frequenz oder ohne. Gesamte Verfügbarkeit der Geräte.
• Erweiterter Stern: Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über größere Distanzen.
• Ring: Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Bei Signalverlust regeneriert jede Station das Signal. Größere Längen bedeuten mehr Informationsverlust.
• Baum (Tree): Informationen müssen nicht zwangsläufig über jede andere Station laufen.
• Bus: Halbduplex-Austausch (Diffusion), geringster Verkabelungsaufwand.
• Vollständig vermtzt (Mesh): Punkt-zu-Punkt-Verbindung zu allen Geräten. Volle Bandbreite verfügbar. Hohe Kosten und großer Verkabelungsaufwand.

Modulationstechniken

Übertragung binärer Daten über analoge Signale.

Ts (Symbolzeit): Konstanter Wert, abhängig von der Bandbreite.

Bitrate (Tx-Bit pro Zeiteinheit): Abhängig von der Modulationsart.

Formel: $VTX (bit/s) = (Bits/Symbol) / Ts$

Zwei Modulationsarten: Kohärent (schneidet den Nullpunkt) und nicht-kohärent (schneidet ihn nicht).

• ASK (Amplitudenumtastung): Frequenz ist konstant, Amplitude variiert.
• PSK (Phasenumtastung): Phasenmodulation, die Information steckt in der Phasenverzögerung.
• FSK (Frequenzumtastung): Frequenzmodulation, Amplitude und Phase sind konstant, die Frequenz variiert.
• QAM (Quadraturamplitudenmodulation): Moduliert sowohl Amplitude als auch Phase.

Standard-Ethernet (10 Mbit/s)

Geschwindigkeit in Mb/s; maximale Segmentlänge 100 m; Base: Basisband (Digitale Signalverarbeitung); Broadband: Breitband (Analog).

• 10Base5: Koaxialkabel (dick), RG8, Z = 50 Ohm | Bus | Manchester | 500 m | Max. 5 Segmente, Repeater, max. 100 Stationen pro Segment
• 10Base2: Koaxialkabel (dünn), RG58, 50 Ohm | Bus | Manchester | 185 m | Max. 30 Geräte pro Segment, max. 90 Geräte über 3 Segmente
• 10BaseT: Twisted-Pair (Cat 3 oder höher) | Stern | Manchester | 100 m zum Konzentrator
• 10BaseFL: Glasfaser | Stern | Manchester | 2 km
• 10Broad36: Koaxialkabel, 75 Ohm | Breitband | 3,6 km

Fast Ethernet (100 Mbit/s)

• 100BaseTX: Cat 5 oder höher | Stern | 100 m (zwischen Station und Konzentrator)
• 100BaseT4: Cat 3 | Stern | 100 m
• 100BaseFX: Multimode-Glasfaser (62.5/125, 50/125) | Stern | Ein Kabel für Senden (TX) und eines für Empfangen (RX).

Gigabit Ethernet (1000 Mbit/s)

• 1000BaseLX: Glasfaser | 8B/10B-Kodierung | Singlemode (9 µm, 5 km); Multimode (50 µm: 550 m, 62,5 µm: 500 m) | Wellenlänge 1300 nm
• 1000BaseSX: Multimode-Glasfaser | 8B/10B-Kodierung | 50 µm: 550 m, 62,5 µm: 220–275 m | Wellenlänge 850 nm
• 1000BaseCX: Twisted-Pair (geschirmt, STP) | 8B/10B-Kodierung | 25 m | IEEE 802.3
• 1000BaseT: Twisted-Pair (Cat 5e oder höher) | 8B/10B-Kodierung | 100 m | IEEE 802.3ab. Alle 4 Paare werden für Senden und Empfangen genutzt.

10-Gigabit-Ethernet

• 10GBaseSR: Multimode-Glasfaser (5 µm) | 300 m | 850 nm
• 10GBaseCR: Singlemode-Glasfaser | 10 km | 1310 nm
• 10GBase-LR: Singlemode-Glasfaser | 40 km | 1550 nm
• 10GBaseLX4: Singlemode- und Multimode-Glasfaser | Singlemode: 300 m, Multimode: 10 km