Foliensatz 2 - Grundlagenmodul "Vernetzte IT-Systeme" zum Kurs: https://www.youtube.com/playlist?list=PLUmJBq0_Gyrj2Bgnx_MoL37oFTj3KlQpR

1. Vernetzte IT-Systeme
2. Übertragungstechnische Grundlagen
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke
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2. Vernetzte IT-Systeme
2. Übertragungstechnische Grundlagen
2.1 Betriebs- und Übertragungsarten
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke

3. Prinzipieller Übertragungsablauf
Verwürfler
(Scrambler)
Übertragungstechnische Grundlagen
Analog-quelle
Digital-quelle
A/D
Wandler
Digital-senke
D/A
Wandler
Analog-senke
Digital-
Kanal
Quellenkodierung
ggf. Komprimierung
Rahmenbildung
Kanalcodierung
Fehlererkennung
Fehlerkorrektur
Leitungskodierung
Übertragungskanal
Quellendekodierung
ggf. Dekomprimierung
Entpacken
Entwürfler
(Descrambler)
Leitungsdekodierung
Demodulation
Modulation
Fehlersicherung
Fehlererkennung
Fehlerkorrektur
Daten der
Anwendung
(ASCII Zeichen, …)
in Binärformat
optional
Zerlegung in
Datenblöcke
Hinzufügen von
Synchronisations-informationen
Hinzufügen von
Redundanz
4

4. Betriebsarten
Simplexbetrieb sx (Richtungsbetrieb):
nur eine Richtung
z.B. TV; Radio
Halbduplexbetrieb hx (Wechselbetrieb):
abwechselnd beide
Richtungen z.B. Funksprechverkehr
Duplex- od. Vollduplexbetrieb dx (Gegenbetrieb):
Sender Empfänger
Sender Sender
Empfänger
Empfänger
Sender/
Empfänger
Sender/
Empfänger
gleichzeitig beide Richtungen
z.B. IT-Netzwerke
Übertragungstechnische Grundlagen
Seite 6

5. Übertragungsarten
Grundsätzlich ist eine Synchronisation
zwischen Sender und Empfänger notwendig!
Asynchron Synchron
Übertragungstechnische Grundlagen
Seite 8

6. Übertragungsarten
 Unterscheidung asynchron/synchron:
 wie diese Synchronisation, d.h. die Erzeugung eines Gleichlaufs zwischen
Sender und Empfänger hergestellt wird
 wie lange dieser Gleichlauf gesichert ist, bzw. in welchen Abständen neu
synchronisiert werden muss
asynchrone
Übertragung
synchrone
Übertragung
parallele
Übertragung
Handshake-
Betrieb
gemeinsame
Taktleitung
serielle
Übertragung
Start-Stop-
Verfahren
geeigneter Leitungscode oder
Scrambler
(gemeinsame Taktleitung)
Übertragungstechnische Grundlagen
9

7. Asynchrone Übertragung
Ein System arbeitet asynchron, wenn die zeitliche Folge der einzelnen
Operationen …
Übertragungstechnische Grundlagen
gesteuert wird!
 Start-Stop-Betrieb
 getrennte Taktgeneratoren bei Sender und Empfänger
 jedes Zeichen beginnt mit einem Startbit und endet mit einem oder
mehreren Stoppbits
Startschritt Stoppschritte
Pause
Nächstes
Zeichen
Nutzschritte
Zeichenrahmen
Zeit
10
unabhängig von einem zentralen Takt

8. Synchrone Übertragung
Blockorientiertes Verfahren:
 Informationen werden in Blöcken übertragen, d.h. es …
besteht eine Synchronisation über einen längeren Zeitraum
 Die eigentliche Synchronisation erfolgt …
 Übertragung erfolgt auch hier innerhalb eines Steuerrahmens
Blocksynchronisation (Synchronbetrieb)
Block-ende-muster
Zeit
Zeichen
1. 2. n.
…
Zeichen des Blocks
Block
Block-start-muster
Übertragungstechnische Grundlagen
11
zu Beginn durch spezielle Sync-Zeichen

9. Block-/Paketgröße
Kritische Parameter:
– mit zunehmender Blocklänge steigen die Anforderungen an den …
Übertragungstechnische Grundlagen
[1] Kap.4
12
- Gleichlauf zwischen Sender und Empfänger
Gleichlaufschwankungen
- Fehlerkorrektur wird zunehmend aufwendiger
- Zwischenspeicherung/Puffergröße

10. Vernetzte IT-Systeme
2. Übertragungstechnische Grundlagen
2.2.1 Übertragungsmedien und -strategien
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke

11. Klassifikation der Medien
„Medien“
leitungsgebunden nicht leitungsgebunden
Stromleiter Wellenleiter gerichtet ungerichtet
Übertragungstechnische Grundlagen
Funk
Richtfunk terrestrischer Rundfunk
Satelliten-Direktfunk Satelliten-Rundfunk
verdrillte Kupfer
Doppellader
geschirmt
(shielded)
ungeschirmt
(unshielded)
Koaxialkabel
Hohlleiter
Lichtwellenleiter
(Glasfaser)
Laserstrecke
15

12. Medien im elektromagnetischen Spektrum
leitungsgebundene Übertragungstechniken
verdrillte Adern Koaxialkabel
Hohlleiter
105 107 109 1011 1013 1015
Übertragungstechnische Grundlagen
10³
nicht-leitungsgebundene Übertragungstechniken
optische
Fasern
Langwellen-
Radio
Mittelwellen-
Radio
Kurzwellen
Fernsehen
Mikrowellen Infrarot
sichtbares
Licht
Hz
17

13. Kupfer-Doppelader (DA)
• vielfältiger Einsatz in Telefon- und
Datennetzen
• Leiterdurchmesser: 0,4 - 0,9 mm
• Bandbreite: einige 100 kHz bis ca. 600 MHz
• Fachbezeichnung:
Unshielded Twisted Pair (UTP)
• verschiedene Qualitätsklassen, z. B. UTP 3,
4, 5, 6 bis zu 2,5 Gbit/s
• vollduplex (z.B. CAT 5)
• unterschiedliche Bauformen
Kupferleiter
Übertragungstechnische Grundlagen
Kunststoffisolation
verdrillt
18
Warum verdrillt?
 Kompensation der Induktion

14. Bauformen Twisted Pair im Querschnitt
Twisted-pair-
Kabel
UTP S/UTP
STP/
FTP
FTP-Kabel
Übertragungstechnische Grundlagen
S/STP/
S/FTP
Kupferader
Kunststoff-isolation
UTP-Kabel
Kunststoff-aussenmantel
S/UTP-Kabel
Kupferader
Kunststoff-isolation
Kunststoff-aussenmantel
Gesamtschirm
(Metallgeflecht)
Kupferader
Kunststoff-isolation
Metallfolien-schirm
Kunststoff-aussenmantel
S/FTP-Kabel
Kupferader
Kunststoff-isolation
Metallfolien-schirm
Kunststoff-aussenmantel
Gesamtschirm
(Metallgeflecht)
19
Warum Abschirmung?
 Kompensation elektromagn. Einflüsse von außen!

15. CAT 7 S/FTP Kabel
Übertragungstechnische Grundlagen
Kupferleiter
MetallFolienschirm
Metallgeflecht
„Screened“
20

16. Koaxialkabel
 Außenleiter umgibt Innenleiter
koaxial
 Isolation dient als Dielektrikum (aus
Kunststoff oder Gasen)
 Signalausbreitung erfolgt im
Dielektrikum zwischen den beiden
Leitern (Wellenleitung)
 Bandbreite: bis ca. 900 MHz
Übertragungstechnische Grundlagen
Bild von Tkgd2007, http://bit.ly/17JAcdn , 21.08.2013
21

17. Lichtwellenleiter (Glasfaser)
• dünne Faser aus Glas (halber Ø eines menschlichen Haares)
• Kabel bestehen aus bis zu 2000 Fasern
• Wellenlängen 850nm, 1300 nm oder 1550nm
• hoher Durchsatz 40 Gbit/s (bis zu 160 Gbit/s)
• Repeaterabstand 10 – 100 km
Faserkern
(core)
Fasermantel
(cladding)
Primäre
Kunststoffisolierung
Übertragungstechnische Grundlagen
22

18. Prinzip der LWL
Übertragungstechnische Grundlagen
Bild von Gringer (talk), http://bit.ly/1av8I08, 21.08.2013
Totalreflexion
Brechung
23
 Verlust
 verlustfrei
α
α: Akzeptanzwinkel

19. LWL-Typen
Pulsverformung durch Dispersion
Monomode – Faser
Multimode – Faser
(Stufenindex)
Multimode – Faser
(Gradientenindex)
Übertragungstechnische Grundlagen
Eingangssignal
Ausgangssignal
24
 optische Dispersion

20. LWL-Steckverbinder im LAN
ST Connector
LC Connector
Übertragungstechnische Grundlagen
25

21. Funk- und Satellitentechnik
• Funk: elektromagn.Welle
• Frequenzbereich: 104 – 109 Hz
• eingeschränkte Reichweite, je nach
Ausgangsleistung der Sender und
örtlichen Gegebenheiten
• Datenrate: einige 10…100.000 kbit/s
• Satellitenfunk: elektromagn. Welle
• Frequenzbereich: 109 – 1011 Hz
• Transponder im Satellit empfängt auf
einem Kanal, sendet auf einem
anderen
• mehrere Transponder pro Satellit
• hohe Bandbreite (>500 MHz/Kanal)
Übertragungstechnische Grundlagen
26

22. Vernetzte IT-Systeme
2. Übertragungstechnische Grundlagen
2.2.2 Übertragungsmedien und -strategien
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke

23. Strukturierte Verkabelung
Übertragungstechnische Grundlagen

24. Strukturierte Verkabelung
DIN EN 50173-1:2011-09
Anwendungsneutrale Kommunikationskabelanlagen
Deutsche Fassung EN 50173-1:2011
 Strukturierung in Form von
Hierarchieebenen
Ebenen gehören topologisch oder
administrativ zusammen!
Übertragungstechnische Grundlagen

25. Strukturierte Verkabelung
Drei Bereiche:
Primär = Gebäude zu Gebäude
 900 – 1500m
Sekundär = Etagen zu Etagen
 ≤ 500m
Tertiär = Verteiler zu Endgeräten
 100m
By Guml1966 (Own work) [CC-BY-SA-3.0
(www.creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)],
via Wikimedia Commons
Übertragungstechnische Grundlagen

26. Strukturierte Verkabelung - Medien
By Alexander Stohr [CC-BY-SA-3.0
(www.creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or
GFDL (www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via
Wikimedia Commons
x
Übertragungstechnische Grundlagen

27. Vernetzte IT-Systeme
2. Übertragungstechnische Grundlagen
2.3.1 Signalübertragung und Codierung
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke

28. A(z)
Daten und Signal
Ein Signal ist die physikalische Darstellung durch räumliche und zeitliche
Veränderung physikalischer Größen (elektromagnetische Welle).
t
Übertragungstechnische Grundlagen 36
A(t)

29. Zeitdiskrete Quantisierung
Betrachtung an einem bestimmten Ort zu bestimmten Zeiten
zeitdiskrete Abtastung = äquidistante Zeitintervalle
t
Übertragungstechnische Grundlagen 38
A(t)

30. Wertdiskrete Quantisierung
Betrachtung an einem bestimmten Ort mit bestimmten Werten
wertdiskrete Abtastung = äquidistante Wertintervalle
t
Übertragungstechnische Grundlagen 39
A(t)

31. Signalklassen
zeitkontinuierlich zeitdiskret
Übertragungstechnische Grundlagen 41
wertdiskret wertkontinuierlich
Analogsignal
Digitalsignal

32. Kenngrößen periodischer Signale
• Amplitude A(t)
• Periodendauer T
• Frequenz f = 1/T
• Phase 
t
Wellengeschw. c
Übertragungstechnische Grundlagen 43
A(t)
t
A(t)
T
ᵠ
A(t) = A0
 sin(2πf  t)
A(t) = A0 sin(2πf  t +  )
 = 2 πf : Kreisfrequenz
W(t, x) = W0 sin (t - x/c) +   : Wellenfunktion
Ortskomponente x

33. Prinzip der Datenübertragung
Codierung und Dekodierung
Störeinflüsse, Rauschen, Burst usw.
Transmit T(t) Receive R(t)
Übertragungstechnische Grundlagen 45

34. Wichtige Eigenschaften von Codierungsverfahren
• Gleichstromanteil
 …möglichst gering, wg. R[]
• Übertragungsreichweite
 …frequenzabhängige Dämpfung D = D()
• Taktrückgewinnung
 …R(t) sollte Taktrückgewinnung ermöglichen
• Packungsdichte: Anzahl simultan codierter Zeichen
 …in einem „Schritt“ > 1 Zeichen übertragen
(Baudrate erhöhen)
• Fehlererkennung
 …möglichst auf Signalebene – schnell!
Übertragungstechnische Grundlagen 46

35. Vernetzte IT-Systeme
2. Übertragungstechnische Grundlagen
2.3.2 Signalübertragung und Codierung
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke

36. Signalübertragung und Codierung
Übertragungstechnische Grundlagen 48
Transmit T(t)
Receive R(t)

37. Return-to-Zero
• Funktion/Eigenschaften:
– Rechteckimpuls nur für „1“ in 1. Hälfte des Bit-/Taktintervalls
– Rückkehr in den Grundzustand=Nullsignal
• Bewertung:
– …hoher Gleichstromanteil!
– …keine Taktrückgewinnung bei R(t)
t
Daten 1 1 0 1 0 1 0
T(t) Bit-intervall
Übertragungstechnische Grundlagen 49

38. Non-Return-to Zero
• Funktion/Eigenschaften:
– „1“=hoher Pegel; „0“=niedriger Pegel ≠ 0
– Signalwechsel an Intervallgrenzen
– NRZ ist Standard innerhalb digitaler Systeme
• Bewertung:
– …einfach
– …keine Taktrückgewinnung
– …hoher Gleichstromanteil
t
Daten 1 1 0 1 0 1 0
T´(t) Bit-intervall
Übertragungstechnische Grundlagen 50

39. Manchester Codierung
• Funktion/Eigenschaften:
– Mindestens ein Signalwechsel/Bitintervall
– einfache Realisierung: XOR-Verknüpfung zwischen Taktsignal und NRZ-codierten
Daten
• Bewertung:
– …Gleichstromanteil gering
– …einfache Taktrückgewinnung aus R(t)
– …Signalwechsel einfach zu verarbeiten
Taktsignal Manchester-codiertes
Übertragungstechnische Grundlagen 51
XOR
NRZ-codierte
Daten
Signal

40. Manchester Codierung
Daten 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1
Übertragungstechnische Grundlagen 52
Taktsignal
Manchester
vgl. G.E. Thomas
Manchester
vgl. IEEE 802.3

41. Vernetzte IT-Systeme
2. Übertragungstechnische Grundlagen
2.3.3 Signalübertragung und Codierung
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke

42. Basisband- vs Breitbandübertragung
• Basisbandübertragung
– digitale Übertragung
– gesamtes Frequenzspektrum wird für eine
Übertragung benutzt
– Zeitmultiplex
– einfache Technik
– Beispiel: Ethernet (variable Zuteilung)
• Breitbandübertragung
– analoge Übertragung
– Unterteilung in mehrere Frequenzkanäle
– Frequenzmultiplex
– große Distanzen können überbrückt werden
(>10km)
– Beispiel: Kabelfernsehen
Bandbreite
Kanal n
…
Kanal 3
Kanal 2
Übertragungstechnische Grundlagen 56
t
Kanal 1
Bandbreite
t
Basisband

43. Prinzip der Modulation
Modulator
Übertragungstechnische Grundlagen 57
Digitalsignal
Trägersignal
Amplituden-moduliertes
Signal

44. Modulationsarten
Daten 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1
Übertragungstechnische Grundlagen 58
AM
FM
PM
Δ =  = 180o

45. Digitale Signalübertragung –
Schritt- vs Übertragungsgeschwindigkeit
• Schrittgeschwindigkeit: Zahl der Signalparameter-Zustandswechsel
• Einheit: baud (1/s)  …
• Übertragungsgeschwindigkeit: Anzahl der übertragenen
Bitstellen/Zeiteinheit
• Einheit: bit/s  …
t
Baudrate
Übertragungsrate
Daten 1 1 0 1 0 1 0
Beispiel: 1s
6 bit/s = 6 baud
Achtung!! Nur für binäre Signale gilt:
Schrittgeschwindigkeit=Übertragungsgeschwindigkeit
T(t) Bit-intervall
Übertragungstechnische Grundlagen 60

46. Mehrwertiges Digitalsignal
Daten 10 00 11 10 01 11 00
Quaternäres Signal
t
Übertragungstechnische Grundlagen 61
T(t)
2Bit-intervall
2
1
-1
-2
Schritt
1 baud = 2 bit/s

47. Modem/DSL - QAM
• QAM: Quadratur-Amplituden-Modulation
• Signalparameter: Amplitude A(t) + Phase ᵠ
• abhängig vom Signal/Rausch-Abstand!
• QAM bei DSL:
– QAM-16: 1baud = 4bit/s
– QAM-64: 1baud = 6bit/s
• QAM bei DVB-C
– QAM-256: 1 baud = 8bit/s
ᵠ
A(t)
II
I
III IV
Übertragungstechnische Grundlagen 62

48. Vernetzte IT-Systeme
2. Übertragungstechnische Grundlagen
2.4 Erzeugung von Frames
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke

49. Übertragung in Datenblöcken (frames)
Zur Erinnerung: kritische Länge der Übertragung!
 vgl. Kap. 2.1
 Gleichlaufschwankungen
 Fehlerkorrektur
 Zwischenspeicherung
Übertragungstechnische Grundlagen 65

50. Bestandteile von Datenblöcken (frames)
• Festlegung eines Rahmenformats (PDU = Packet Data
Unit oder einfach frame)
• Festlegung von Kontrollinformationen, die von der
Sicherungsschicht benötigt werden.
– Adressen
– Fehlererkennung und -korrektur
Kopf Nutzdaten Nachspann
Übertragungstechnische Grundlagen
66
…werden eingerahmt!

51. Byte-Count-Methode
• Frame-Header enthält Länge des Datenteils
– Beispiel: Frame im DDCMP-Protokoll, DECNET:
• Problem: was passiert, wenn Byte-Count fehlerhaft
übertragen wird?
Übertragungstechnische Grundlagen
8 8 8
SYN
SYN
Class
14 42
Count Header Body
16
CRC
68
Frame-Ende wird nicht erkannt!
Bsp. erstes Ethernetprotokoll

52. Sentinel-Methode
• Frame-Ende wird durch spezielles Zeichen markiert
– Beispiel: Frame im BISYNC-Protokoll (IBM):
8 8 8 8 8 16
• Problem: Das ETX-Zeichen kann auch im Datenteil (Body)
vorkommen
Übertragungstechnische Grundlagen
SYN
SYN
SOH
Header
STX
Body
ETX
CRC
69
!
Bsp.: aktuelles Ethernetprotokoll

53. Bitstopfen
• Beispiel (HDLC-Protokoll):
01111110 Adress 8 Bit Control 8 Bit Daten =>0 01111110
• Anfangs- und Endesequenz ist 0 1 1 1 1 1 1 0
– wenn z.B. 01111110 im Datenteil erscheint, dann wird grundsätzlich nach 5
aufeinanderfolgenden 1-Bits vom Sender ein 0-Bit eingeschoben
(gestopft)!
Sender Stopfbit Empfänger
Flag
Übertragungstechnische Grundlagen
71
STX ETX
01111110
01111100
01111110
….
01111110 Übertragungsrichtung
... 010111110 000111110 01111110
wie ETX
01111110
….
01111110
01111100
01111110
Bitstopfen, engl. Bitstuffing

54. Vernetzte IT-Systeme
2. Übertragungstechnische Grundlagen
2.5.1 Fehlererkennung und Reaktion
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke

55. Typische Fehlerarten bei der Übertragung
• Physikalische Grenzen des Mediums
– verschiedene Arten der Dämpfung
–Bandbreitenbegrenzung
–thermisches Rauschen
–Übersprechen
– …
• Fehler in Vermittlungseinrichtung
• Sabotage von Daten
• …
Übertragungstechnische Grundlagen 74

56. Dämpfung
• Amplitude des gesendeten Signals T(t) wird reduziert
• gedämpftes Signal R(t)< T(t)
• Verhältnis R(t)/T(t) ist abhängig von Eigenschaften des
Mediums und der Distanz
t
Z = R2+X2
Übertragungstechnische Grundlagen 75
T(t)
t
R(t)
Dämpfungswiderstände
R = U/I
X = XL – XC =  L – 1/(C)

57. Verstärkung und Dämpfung
• Verstärkung:
• Dämpfung:
[5] S.211
Ua
Pa
Ia
>
Ue
Pe
Ie
Ua
Pa
Ia
<
Ue
Pe
Ie
Übertragungstechnische Grundlagen 76

58. Verstärkung und Dämpfung
• P/U/I-Verstärkung/Dämpfung
bei – 20 dB: Ua = 10% Ue
Übertragungstechnische Grundlagen 77

59. Bandbreitenbegrenzung
Signaldämpfung ist abhängig von der Frequenz
t
Δf = fo - fu
Übertragungstechnische Grundlagen 78
T(t)
t
R(t)
f
A0
f
A(f)
Bandbreite

60. Thermisches Rauschen
• „Hintergrund“-Rauschen = additives Störsignal S(t)
• zufällige Verformung des ursprünglichen Signals T(t)
• weitere Signalverformung neben Bandbreitenbegrenzung
t
Übertragungstechnische Grundlagen
S(t)
t
T(t)
t
R(t)
79

61. Impulsrauschen - Bursts
• Bursts = additives Störsignal mit ggf. hohen Pegeln und/oder hoher
Frequenz
• Signal wird zufällig verformt, neben Bandbreitenbegrenzung
t
Übertragungstechnische Grundlagen 80
S(t)
t
T(t)
t
R(t)
Impuls, EMP
kritisch

62. Theoretische Kapazität des Übertragungsmediums
Wie hängen Bandbreite und Übertragungsrate zusammen?
 Nyquist-Theorem
– die max. Datenrate eines rauschfreien Mediums mit dem
Kodierungslevel n und der Bandbreite B ist begrenzt:
C = 2·B·log2(n) [bit/s]
– Bsp.: Telefonleitung B = 3kHz; höherwertiges Signal n=16;
C = 2  3 kHz  log2(16) bit = 24000 bit/s
Übertragungstechnische Grundlagen 81

63. Reale Kapazität des Übertragungsmediums
Durch welchen Faktor wird die Bandbreite in realen Medien
begrenzt?
 Shannon-Theorem
– die max. Datenrate eines realen Mediums ist durch Bandbreite B
und Signal-/Rauschverhältnis S/N begrenzt:
» C = B·log2(1+S/N) [bit/s]
– Bsp.: Telefonleitung B = 3kHz; S/N=30dB; 
mit S/N=10·log10(S/N) [dB]
Übertragungstechnische Grundlagen
[1] Kap. 4.1
82
S/N = 1000/1
C = 3 kHz  log2(1+1000/1) bit = 29.900 bit/s

64. Vernetzte IT-Systeme
2. Übertragungstechnische Grundlagen
2.5.2 Fehlererkennung und Reaktion
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke

65. Fehlererkennung
Datenverfälschung
zeichenorientierte
Sicherungsverfahren
z.B. Paritätsprüfung
blockorientierte
Sicherungsverfahren
z.B. CRC
Datenverlust
eigenständige
Quittierung
integrierte
Quittierung
Übertragungstechnische Grundlagen 85

66. Maßnahmen – Reaktion auf erkannte Fehler
 Ignorieren:
– Echtzeitübertragung z.B. Video-/Audiostream
– Bsp.: natürlich sprachliche Texte (ohne Zahlen) mit hoher
Redundanz; Empfänger kann ohne Schwierigkeiten korrigieren
(Bitfehlerrate 10-6  3 falschen Buchstaben im 600-Seiten-Buch)
 Fehlerkorrektur:
1. fehlererkennende Kodierung: Bsp: Hamming-Verfahren
2. Korrektur durch Wiederholung: Bsp: nach CRC-Prüfung
 Fehlererkennung: Grundsätzlich durch Redundanz in den
übertragenen Nutzdaten
Übertragungstechnische Grundlagen 86

67. Prinzip der CRC-Blocksicherung
• CRC: „cyclical (oder cyclic) redundancy check“, „zyklische
Redundanz-Überprüfung“.
• nach einem „zyklischen“ (od. Polynom-Code) Verfahren wird eine
Prüfsumme gebildet, die an die eigentlichen Nutzdaten angehängt u.
zusammen mit diesen verschickt wird.
• Sender u. Empfänger einigen sich auf ein sog. Generatorpolynom
G(x), mit dessen Hilfe die Prüfsumme codiert und decodiert werden
kann.
• die Qualität des Verfahrens hängt entscheidend von der Wahl des
Generatorpolynoms ab.
Übertragungstechnische Grundlagen 87

68. Prinzip der CRC-Blocksicherung
Prinzip der CRC-Blocksicherung
CRC-Kontrolle beim Empfänger:
Sei R(x) die empfangene Bitfolge, dann gilt:
R(x) = T(x), wenn rem{ R(x)/G(x) } = 0 (fehlerfrei!)
R(x)  T(x), wenn rem{ R(x)/G(x) } 0 (Fehler!)
Bekannte CRC-Standards:
CRC-16: x16+x15+x2+x+1 (Bsp. XMODEM)
CRC-CCITT: x16+x12+x5+x+1 (Bsp: Harddisks)
CRC-32: x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11
+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1 (LAN: Ethernet IEEE 802)
Übertragungstechnische Grundlagen Seite 88

69. Qualität der Fehlersicherung - Restfehlerrate
 Grundlegendes Problem: Störungen durch Fehler können sowohl Nutzdaten
als auch Kontrolldaten betreffen!
 Es verbleibt immer eine
Restfehlerwahrscheinlichkeit
 Restfehlerrate (rer: residual error rate) ist definiert als das Verhältnis der
Anzahl fehlerhaft empfangener Bits, deren Fehler nicht festgestellt wurden, zur
Gesamtzahl der gesendeten Bits!
 Typische Restfehlerraten:
– Übertragungstechnik: Deutsche Telekom: rer  10-7
 durchschnittlich kann ca. alle 10 MBit übertragener Daten ein fehlerhaftes Bit auftreten
– DATEX-P (HDLC-Deutsche Telekom): rer  10-12
• durchschnittlich kann ca. alle 1 TBit übertragener Daten ein fehlerhaftes Bit auftreten
– CRC-32 (Ethernetprotokoll): rer  10-18
 durchschnittlich kann ca. alle 106 TBit übertragener Daten ein fehlerhaftes Bit auftreten
Übertragungstechnische Grundlagen 89

70. Sicherungsmechanismen gegen Datenverlust
Zur Sicherung gegen Datenverlust
muß grundsätzlich eine Quittierung
(acknowledgement) der einzelnen
Kommunikationsschritte
durchgeführt werden.
Sender Empfänger
Zeitdiagramm
Zeit
Stop- and Wait
Verfahren
Übertragungstechnische Grundlagen Seite 90

71. Erkennung durch Quittierung
Sender Empfänger
separate Quittung
Zeit
Blockprüfung
Wiederholung
NAK: negative
acknowledgement
ACK: positiv
acknowledgement
 Problem: Verlust der Quittung!
Übertragungstechnische Grundlagen Seite 91

72. Quittierung mit Zeitüberwachung
Sender Empfänger
Zeitüberwachung
Fehlerfreie Übertragung
Sender Empfänger
Zeitüberwachung
Fehlererkennung
Übertragungstechnische Grundlagen Seite 92
time out

73. Zeitüberwachung und Nummerierung
Sender Empfänger
Zeitüberwachung
Fehlererkennung
Abbruch-bedingung
durch
Nummerierung ! Sequenznummer
prüfen: DB1 vor-handen?
Übertragungstechnische Grundlagen Seite 93