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ISO/OSI ReferenzmodellPhysical Layer



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



Physikalische Grundlagen, Elektrische Signale

Elektromagnetische Wellen– Spannung, Strom– Frequenz in Hertz (1 Hz = 1 Schwingung / sek), kHz, MHz– Wellenlänge (m, entspricht der Länge einer Schwingung)

Fourier Analyse – Abbildung von Signalen über Addition von Sinus- und Cosinus-Schwingungen– g(t) = 1/2c + Σ an sin(2лnft) + Σ bn cos (2 лnft), Summe von n= 1 bis ∞

• f = 1/T Grundfrequenz• C = Konstante• t = Zeit• f = Frequenz• an und bn Amplituden

Anzahl Harmonische bestimmen die Genauigkeit– Harmonische sind ganzzahlige Vielfache der Grundschwingung



Anzahl der Harmonischen bestimmen die Genauigkeit der Abbildung

Quelle: Tanenbaum, A. S., Computernetzwerke, 4. Auflage



Weitere Grundlagen

Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen im gleichen Medium ist konstant (z.B. Vakuum, Lichtgeschwindigkeit)

Frequenz (f) = 1 / Wellenlänge (λ)

Phase Anfangs- und Endzeitpunkt

Amplitude = „Ausschlag, Höhe“ einer Schwingung

Bandbreite = Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Schwingung (Analoge Signale)

Bandbreite = Übertragungskapazität (Digitale Signale)



Weitere Begriffe zu Übertragungsverfahren

Latenz (Hansen 534)– Übertragungsverzögerung– Differenz zwischen senden und empfangen des ersten Bits– Angabe in ms

Transferzeit– Beginn des Versendens des ersten Datenpakets– Bis zum Versenden des letzten Datenpakets

Analoge, digitale Signale– Analog/Digital Wandler



Modulationsverfahren

Quelle: Hansen Neumann, S. 537



Weitere Modulationsverfahren

Trellis Code Modulation (TCM)– Kombination aus Amplituden und Phasenmodulation

Quadratamplitudenmodulation– Kombination aus Amplituden und Phasenmodulation



Logische + physische Kanäle, Multiplexing (Hansen Neumann 541)

Multiplexing, Übertragung mehrer getrennter Verbindungen (logischer Kanäle) auf einem Übertragungsmedium

Frequenzmultiplexverfahren (FDM)– Verschiedene Frequenzbänder

Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM)– Form des Frequenzmultiplexverfahrens– Mehrfachnutzung

Zeitmultiplexverfahren (TDM – Time Division)– Zeitscheiben (time slots)



Logische und physische Kanäle




Frequenzmultiplexverfahren




Frequenz- und Zeitmultiplexverfahren (Hansen Neumann 543)




Übertragungsmedien




Medien: Twisted Pair




Kategorien für Twisted Pair Kabel (Hansen Neumann S. 550)




Medien: Koaxial




Medien Glasfaser




Querschnitt durch ein Glasfaserkabel (Hansen Neumann 556)




Glasfaserleiter (Lichtwellenleiter, LWL) Typen, Hansen Neumann S. 553

Lichtimpulse im Nanosekundenbereich

Bis hin zu 1 THz Übertragungskapazität

Drei Typen– Multimodefasern– Gradientenfasern– Monomodefasern



Brechungswinkel bei Glasfasern




Reflexionen in Glasfaser Kabeln (Hansen Neumann, S. 553)




Multimode-, Gradienten- und Monomodefasern




Dämpfung (Hansen Neumann S. 545)

Verhältnis der Eingangsleistung zur Eingangsleistung

Gemessen in Dezibel (db)

Dämpfungswert oder Dämpfungskoeffizient gibt die Abhängigkeit der Dämpfung von der Entfernung von einem Sender zu einem Empfänger

Einheit ist db/km

L = 10 lg (P0/P1) in dB

– P0, P1 Eingangs, Ausgangspegel

– db, Dezibel



Dämpfung in Lichtwellenleitern




Wellenlänge und Dämpfung in Lichtwellenleitern




Vergleich LED und Halbleiterlaser




Kopplung von Glasfasernetzen

Passiv über zwei Ankopplungspunkte– Senden– Empfangen– Vorteil: keine Unterbrechung bei Ausfall eines Lasers



Glasfaserring mit aktiven Repeatern




Drahtlose Übertragung - Frequenzspektren


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