4. Physikalische Schnittstellen 4.1. V.24
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4. Physikalische Schnittstellen 4.1. V.24 Schnittstelle 4.1.1. Steckerhardware • Für Mäuse, Modems, Drucker, Direktanschluss, ... • Normung: - Steckerabmessungen nach ISO 2210. Signalspannungen nach V.28 (>±3 Volt) Interpretation der Signale nach V.24. Amerikanisches Äquivalent: RS232C. • Warum 25 Stifte für die Bedienung einer Zweidrahtleitung? - Bereitschaftszustände, - Modembedienung, - Prüfspannungen, - Wählfunktion, - Takt. • Varianten mit 15 und 9 Stiften: 37 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 4.1.2. Anschluß Rechner - Modem: Rechner DEE: empfängt auf #3, sendet auf #2 Modem DÜE: sendet auf #3, empfängt auf #2 • Asymmetrische Rollensituation: Kundenseite Datenend-Einrichtung, DEE Netzseite DatenübertragungsEinrichtung, DÜE Data Terminal Equipment, DTE Data Communications Equipment, DCE Terminal Host Computer direkt oder am Modem Host am Modem 38 Modem Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 4.1.3. Belegung der Stifte: • Stiftnummern & Stromkreisnummern: 109 102 107 106 105 104 103 108 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 104 = Receive Data 103 = Send Data 102 = Signalground 105 = Request to send 106 = Clear to send 107 = Dataset ready 108 = D'terminal ready 109 = Carrier detected 3 = Empfangen 2 = Senden 7 = Signalerde 4 = Empfangsbereit 5 = Sendebereit 6 = Modem bereit 20 = Terminal bereit 8 = Modemton • Meist im Stecker eingeprägt (hier z.B. DEE): QuickTime™ and a Photo - JPEG decompressor are needed to see this picture. 39 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 4.1.4. Verbindungsaufnahme/-auslösung (Standleitung, kein Wählvorgang) DÜE: Modem einschalten Modem bereit, DSR+ DEE: -----> <----<----- Terminal einschalten Terminal bereit, DTR+ Empfangsbereit, RTS+ Modemträger ein, (Antwort)-Modemton, CD+ -----> Sendebereit, CTS+ -----> Datenübertragung <----Nicht empfangsbereit, RTS-(Flußkontrolle) <----Empfangsbereit, RTS+(Flußkontrolle) Datenübertragung <----DEE nicht bereit, DTR<----nicht empfangsbereit,RTSModemträger aus, (Antwort)-Modemton aus, CD-----> Sendebereit aus, CTS- -----> Modem nicht bereit, DSR-----> Terminal ausschalten Modem ausschalten 40 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 4.1.5. Weitere Interpretationsvarianten: • Umschalten der Übertragungsrichtung mit Request-to-Send, Clear-to-Send, Carrierdetected. • Telefon abheben mit "Terminal bereit" als Antwort auf "Anrufanzeige" (RI). • Mindestens 20 Stunden V.24 Frustration obligatorisch: - Empfangspin auf Empfangspin, DTR-Signal wartet auf DSR, u.u. RTS/CTS fehlen oder vertauscht, Interpretationsvarianten, Zeitkonstanten ... • Testmöglichkeiten: - 41 Schnittstellentester DataComm-Analyzer Zweites Terminal, Systematisches Nachdenken/Vorgehen. Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 4.1.6. Rechner zu Rechner mit Nullmodem DEE 1, Terminal Nullmodem DEE 2, Hostrechner • als Ersatz für die folgende Kombination: DEE 1, Terminal DÜE, Modem DÜE, Modem DEE 2, Hostrechner • Dazu müssen u.a. Sende- & Empfangsstromkreise überkreuzt werden: - Receive, Transmit, - RTS, CTS, - DTR, (DSR,CD), 42 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 4.2. Verbindungsaufbau im Telefonnetz • Die V.24 Schnittstelle kann im Prinzip über Steckerstifte (DTR, etc.) eine Telephonverbindung wählen. Dieses Verfahren hat sich aber nicht durchgesetzt. 4.2.1. Assoziierte Wahl (veraltet): • die gewünschte Telephonnummer wird mit einem regulären Telephon gewählt, • nachdem sich das entfernte Modem gemeldet hat, wird auf das lokale Modem umgeschaltet: Zum Netz Telefonumschalter Rechner/Terminal Modem 43 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 4.2.2. Wählen über die Datenschnittstelle • Das Modem erhält Befehle zur Verbindungssteuerung über die normale Datenschnittstelle. • Diese Befehle müssen von den zu übertragenden Daten unterschieden werden. • Verschiedene Betriebsmodi des Modems: - Befehlsmodus, - Datenübertragung, - eventuell Fax-Betrieb. • Befehlsmodus z.B. beim Hayes Industriestandard erzwingen (Transparenz) mit : <1 sec> + + + <1 sec> • Hayes-Commands im Befehlsmodus: - immer mit Präfix "AT". Wählen: ATD <Telephon#> <CR> Aufhängen: ATH Antworten: ATA • Quittung in ASCII (optional): - "Connect ...", "Ok", "Error", "Ring", "No Carrier", "Busy", "No Answer" ... • Weitere Befehle: - Nummern speichern, - Datenkompression ... 44 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 4.3. X.21 Schnittstelle • Für synchrones, digitales Datenwählnetz bis 48 KBit/sec (Datex-L). 4.3.1. X.21 Stecker: • Meist 9- oder 15-poliger Trapezstecker. T (Transmit) C (Control) R (Receive) I (Indication) DTE S (Signal/Bit timing) DCE B (Byte timing) Ga (Signal ground a) G (Signal ground) • Richtung des Signalflusses beachten. • Takt wird vom Netz geliefert. • Die einzelnen Stromkreise werden elektrisch ausgeführt nach Empfehlung V.10 (folgt): 45 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 4.3.2. Stromkreise nach Empfehlung V.10 • Jeweils alle Stromkreise in eine Richtung haben eine gemeinsame "Rückleitung". • Differentielle Verstärker mit kleinem Spannungshub (±0.3 Volt). 46 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 4.3.3. Stromkreise nach Empfehlung V.11 • Doppelader pro Stromkreis (RS422) und Signalerde (Rückleitung) für jede Richtung. • Abstrahlungen und Störungen werden besser unterdrückt als bei Empfehlung V.10 . • Sender und Empfänger differentiell. 47 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 4.4. Verbindungssteuerung nach X.21: 4.4.1. Verbindungsaufbau: • Die Telefonwählscheibe ist ersetzt durch digitale Zeichengabe (ISO Alphabet # 5). • Identifikation des Anschlusses. Anrufer Angerufener von DEE von DÜE von DEE von DÜE T C R I 0 10 1 0 1 0 1 T C R I 0 10 1 0 1 0 1 DEE und DÜE bereit DEE und DÜE bereit Verbindungswunsch SYN SYN IA5 WZ + + . . . + SYN IA5 SYN . . SYN IA5 SYN Wahlaufforderung Wahlzeichen Dienstsignale und Anruf melden Anruf angenommen Anschlusskennung Dienstsignale und Anschlusskennung SYN BEL . . . BEL SYN IA5 SYN ------ Verbindung im Aufbau --------- Datenempfangsbereitschaft --------- Datenübertragung --------- 48 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 4.4.2. Verbindungsabbau: Auslöser von DEE von DÜE T C R I 0 10 1 0 1 0 1 Ausgelöster von DEE von DÜE T C R I 0 10 1 0 1 0 1 ------- Datenübertragung --------Auslösungsanforderung Auslösungsbestätigung DÜE bereit DEE bereit Auslösungsanzeige Auslösungsbestätigung DÜE bereit DEE bereit • Nur noch Abfolge von Schnittstellenpegeln. • Keine weitere Information ausgetauscht. • Darstellung entsprechend P. Schicker "Datenübertragung und Rechnernetze". • Anwendungsszenarien: - Firmennetze und Banken, - "There is Life outside of the Internet" . 49 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 5. OSI Referenzmodell der ISO 5.1. Einteilung in Schichten • Architektur, Aufgabenverteilung und Protokolle in Kommunikationsystemen. • Gruppierung zusammengehöriger Funktionen. • Sieben aufeinander aufbauende Ebenen. "Veredelung" des Dienstes Anwender Virtuelle Kommunikation 7 6 5 4 3 2 1 Physikalische Kommunikation • CCITT / ITU Empfehlung I.320 & X.200. • ITU = "Internat. Telecommunications Union". • ISO = "International Standards Organisation". • OSI = "Open Systems Interconnection". • Austausch einzelner Ebenen erleichtern, z.B.: - Microsoft Netzwerk, - Novell Netzwerk, - Apple Netzwerk ... 50 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 5.2. Die 7 Schichten des OSI-Modells • Anwendungsschicht (A - Application): - Remote Method/Procedure Invocation, - Verteilte Dateisysteme, - Internet-Dienste ... • Darstellungsschicht (P - Presentation): - Anpassen der Informationsdarstellung, - Verschlüsselung, - Kompression. • Sitzungsschicht (S - Session): - Authentifizierung, - Rederechtvergabe. • Transportschicht (T - Transport): - Empfangsbestätigung vom Adressaten, - Aufbrechen langer Nachrichten, - Verbindungsqualität. • Vermittlungsschicht (N - Network): - Wahl des Pfades zum Empfänger. • Sicherung- & Mediazugang (DL - Data Link): - Absicherung gegen Übertragungsfehler, - separate Zugangsschicht bei LANs. • Bitübertragungsschicht (Ph - Physical): - Übertragungsmedium, - Codierung, - Taktung. 51 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 5.3. Dienste-Schnittstelle • Elementtyp eines Protokolldienstes: - Req (Request, Anforderung vom Klienten), Rsp (Response, Antwort vom Klienten), Ind (Indication, Anzeige vom Dienst), Cnf (Confirmation, Bestätigung vom Dienst) Confirmation Request Klient Response Indication (N) - Dienst • Grundmuster für viele Protokolle. • Neben anderen Informationen im Nachrichtenkopf codiert (Quellcodierung). 52 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 5.4. Dienstprimitive = Dienstleistungfunktionen der Schicht N. • (N) - Dienstprimitive: - Connect . < Elementtyp > Disconnect . < Elementtyp > Data . < Elementtyp > UnitData . < Elementtyp > (N) - Dienstprimitiven N • Connect assoziert zwei Endpunkte zu einer Verbindung (mindestens zwei). • UnitData.Request und UnitData.Indication nur für verbindungslose Kommunikation. 53 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 5.4.1. Beispiel für (N)-Dienstprimitive: • Konkret für (N) im ISO OSI Referenzmodell: - A / P / S / T / N / DL / Ph - Schicht . A P S T N DL Ph - Connect Disconnect Data UnitData . Req Rsp Ind Cnf bzw.: T-Connect.Req T-Connect.Cnf Netz T-Connect.Ind T-Connect.Rsp T-Data.Req T-Data.Ind T-Disconnect.Req T-Disconnect.Ind 54 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 5.5. Dienstezugangspunkte (SAP) Schicht N+1 N-ICI N-SDU SAPs Schicht N H n-SDU (N-1)-ICI N-Protokoll N-PDU • Schnittstellen zwischen den Ebenen: - Dienstzugangspunkte (SAP), - Schnittstellen-Dateneinheiten (IDU), - Dienstdateneinheiten (SDU), - Schnittstellen-Steuerinformation (ICI). • Partner-Protokolle zwischen Instanzen auf derselben Ebene (Peer-to-Peer): - Ergänzung durch Meldungsköpfe (H), - N-Protokolldateneinheiten (N-PDU), - Protokollzustände der Ebene N speichern. 55 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 5.6. Peer-to-Peer Protokolle • Vereinbarung / Regel über den Ablauf der Kommunikation zwischen Instanzen derselben Ebene in verschiedenen Knoten. • Die Dienst-Primitive welche von der Schicht N eine Leistung anfordern, werden in ein vereinbartes Headerformat übersetzt. • Die Instanzen der Schicht N kapseln Zustandsinformation des Protokolles: - Sequenznummern, - Adressen, - Puffer ... 5.7. Kritik des OSI Referenzmodells • OSI - Modell dient dem Verständnis, hilft aber weniger bei der Implementierung. • Die Schwerpunktsetzung ist zu sehr bei niedrigen Kommunikationsaufgaben. • Die Realität passt nicht auf das OSI-Modell. 56 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende Management & OS • Managementfunktion ist nicht dargestellt: • Grundfunktionen sind oft in mehreren Schichten repliziert. • Warum nicht Margueriten-Modell: - Nachrichten zwischen einer Anzahl Betriebssystemfunktionen herumreichen: 57 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 5.8. Internet-Protokollhierarchie • Historisch gewachsen in der Unix-Kultur. • Vier Schichten anstelle von 7 in OSI. • Die oberste Schicht umfasst: - OSI Application Layer, - OSI Presentation Layer, - OSI Session Layer. • 4 Internet Schichten: OSI Anwendungsnahe Protokolle FTP, HTTP, ... End-zu-End Übertragung 58 TCP / UDP Routenwahl, Internet-Layer IP NetzwerkKartentreiber LLC Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende 5.8.1. Protokollfamilie • UDP: - Verbindungsaufbau entfällt, - keine Ablieferungsgarantie, - keine Sequenzgarantie. • TCP: - Verbindungsaufbauphase, - Sichere Ablieferung, - Fluss-Steuerung ... FTP SMTP Http rlogin Telnet UDP TCP ICMP ARP NFS TFTP IP RARP LLC Ethernet, Token Ring, ... • Java-Klassen stützen sich übrigens ausschliesslich auf IP. 59 Rechnernetze, Winter 2002/2003 © P. Schulthess, M. Wende