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ISO/OSI Referenzmodell Physical Layer Öffentliche Kommunikationsnetze

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.

mireya
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ISO/OSI Referenzmodell Physical Layer Öffentliche Kommunikationsnetze

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Presentation Transcript

  1. ISO/OSI Referenzmodell Physical Layer Öffentliche Kommunikationsnetze (PSTN - Public Switching Telephone Network

  2. ISO / OSI Referenzmodell – TCP/IP • Application Layer • Presentation Layer • Session Layer • Transport Layer • Network Layer • Data Link Layer • Physical Layer

  3. 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

  4. Übertragungsmedien Quelle: Hansen Neumann S. 545

  5. Öffentliche Netze • Kabelgebundene Netze (Hansen Neumann 651) • Terrestrische Funknetze (Hansen Neumann 672) • Satellitennetze (Hansen Neumann 696)

  6. Protokolle und Techniken der Datenübertragung Hansen Neum 633 Quelle: Hansen Neumann S. 633

  7. 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

  8. 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

  9. xDSL Anbindung von Haushalten (Hansen Neumann 655) DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Quelle: Hansen Neumann S. 655

  10. Beispiel für den Einsatz eines xDSL Modems (Hansen Neu 657) DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Quelle: Hansen Neumann S. 657

  11. Typische ADSL Gerätekonfiguration Quelle: Tanenbaum S. 157

  12. DSL Bandbreite im Verhältnis zur Entfernung über Kat 3 UTP Quelle: Tanenbaum S. 154

  13. 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)

  14. Frequenzbänder bei ADSL (Hansen Neumann 658) Quelle: Hansen Neumann S. 658

  15. xDSL Techniken (Hansen Neumann 656) Quelle: Hansen Neumann S. 656

  16. Kennzahlen für xDSL - Verfahren (Hansen Neumann 660) Quelle: Hansen Neumann S. 660

  17. Terrestrische Funknetze – Übersicht (Hansen Neumann 673) Quelle: Hansen Neumann S. 673

  18. 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

  19. 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

  20. 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

  21. 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

  22. 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)

  23. GSM Telefon mit PCMCIA Adapter Kommunikation zwischen Telefon und Rechner + PCMCIA Karte + Bluetooth + WLAN Quelle: Hansen Neumann S. 686

  24. Struktur eines GSM Netzes (Hansen Neumann S. 687) Quelle: Hansen Neumann S. 687

  25. 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)

  26. 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

  27. 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

  28. 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

  29. 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)

  30. Mögliche Übertragungskapaziäten von GPRS (Hansen Nemann 690) Quelle: Hansen Neumann S. 690

  31. 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

  32. 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

  33. Entwicklungsgeschichte der Netze Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/UMTS

  34. 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

  35. 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/ ]

  36. UMTS Teilnehmer Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Wiki_statistik_umts-teilnehmer_dez2005_%28bitkom%29.PNG

  37. 3rd Generation Partnership Project Quelle: http://www.3gpp.org/tb/home.htm

  38. 3rd Generation Partnership Project (Partners) Quelle: http://www.3gpp.org/Management/OP.htm

  39. ETSI [ http://www.etsi.org ]

  40. 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

  41. 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

  42. Wideband CDMA (WDMA) • Spreizung des Signals • Größere Bandbreite • 5 MHz breites Frequenzband • 3GPP Spezifikation 25.201

  43. Frequenzmultiplexing Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Frequenzmultiplex001.jpg

  44. Zeitmultiplexverfahren synchron Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Zeitmultiplex-synchron_1.jpg

  45. Zeitmultiplexverfahren asynchron Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Zeitmultiplex-asynchron_1.jpg

  46. 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)

  47. UMTS Zellen (Hansen Neumann S. 692 Quelle: Hansen Neumann S. 692

  48. UMTS Übertragungskapazität, Zellengröße (Hansen Neum. S. 692) Quelle: Hansen Neumann S. 692

  49. 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

  50. Zellenreichweite und Anzahl Teilnehmer einer Zelle (Hansen, … 695) Quelle: Hansen Neumann S. 695

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