1 V.24 und Modems (Ebene 1)

1.1 Theorie

1.1.1 Modellbildung, Einordnung von V.24, Nullmodem

(1)

Erklärung des Aufbaus von Nachrichten:
Dargestellt ist hier die Übertragung von der (Instanz der) Schicht N+1 zur Schicht N-1, also dem Sendevorgang. Der Empfangsvorgang läuft entsprechend umgekehrt ab.

Grundlage sind die Nutzdaten der (N+1)ten Schicht, die übertragen werden sollen.

Diese Daten werden dem Dienstzugangspunkt der (Instanz der) Schicht N (also (N)-SAP, service access point ) übergeben, wobei Kommandos bzw. Steuerinformationen für die (Instanz der) Schicht N über die ICI (interface control information ) übergeben werden. Die Nutzdaten werden in diesem Zusammenhang auch (N)-SDU (service data unit ) genannt.

Die (Instanz der) Schicht N baut aus den PCI (protocol control information , die protokollsteuernde Informationen enthalten, und den Nutzdaten eine (N)-PDU (protocol data unit ) auf. Diese Daten werden nun ``virtuell'' an die Partnerinstanz der Schicht N des empfangenden Gerätes gesendet. Dies wird realisiert, indem die (N)-PDU als Nutzdaten über die (N-1)-SAP zusammen mit den ICI übergeben wird.

Erklärung der Begriffe:

ICI:

Über die ICI wird die Instanz mit Steuerungsinformationen versorgt, die der darunterliegenden Schicht übergeben werden. Realisiert üblicherweise über Funktionsparameter, oder eine Struktur mit entsprechenden Werten.

(N)-SDU:

Bezeichnung für die Daten, die eine N-Instanz an der (N)-SAP von einer Schicht (N+1) entgegen nimmt.

(N)-SAP:

Bezeichnung für die Schnittstelle der Instanz der Schicht N zur Schicht (N+1) (also der höheren Schicht)

PCI:

Protokollinformationen für die Partnerinstanz des Schicht-N-Protokolls auf der Empfängerseite.

(N)-PDU:

Datenpaket (bestehend aus PCI und (N)-SDU), die über die (N-1)-SAP (als Nutzdaten) übertragen werden sollen.

(2)

Beziehung Realisierung für Schichten 1-3 nach CCITT und ISO-OSI-Modell
ISO-OSI und CCITT sind nur schwer zu vergleichen. Insbesondere Schicht 1 macht Probleme ([Ker95, Seite 100]): bei CCITT existiert nur eine Instanz der Schicht 1: ein Teil der Schicht 1 wird durch ein Gerät, das Modem, verkörpert; daher gibt es nur ein Vorkommnis pro Übertragungsmedium. Die Unterscheidung zwischen Instanz und Modem ist hier nicht sinnvoll.

Bei den Schichten 2 und 3 gibt es gewisse Entsprechungen (ISO-OSI $\leftrightarrow$ CCITT) [Ker95, Seite 100]:

• Dienstelement ICI $\leftrightarrow$ Steuerleitungen zwischen DDE und DÜE
• Dienstelement SDU $\leftrightarrow$ Bitfolgen auf den Sende- bzw. Empfangsleitungen
• Protokollelement PCI $\leftrightarrow$ Bitmuster in der PDU oder Signal einer ansonsten nicht genutzten Frequenz (Frequenzmultiplexing) oder ein Signal besonderer Länge oder zeitlicher Lage (Zeitmultiplexing)
• Protokollelement PDU $\leftrightarrow$ Bitfolgen

(3)

V.24-Schnittstellenanweisungen / Dienstelemente des OSI-Referenzmodells
Die ICI (also die Protokollsteuerungsanweisungen) entsprechen bei V.24 RTS/CTS, bzw. DSR/DTR. Den SDU entsprechen die Daten auf den Leitungen TD und RD. Der Gesamtheit von ICI und SDU, also der PDU, entsprechen alle Daten auf den Leitungen zwischen zwei Geräten.

(4)

Definition Nullmodem und dessen Verwendung
Unter einem Nullmodem versteht man eine Verbindung von zwei Rechnern, welche durch die Überkreuzung einiger Leitungen es ermöglicht, daß zwei DTEs trotz der asymmetrischen Schnittstelle V.24 miteinander kommunizieren können. Dies ist z.B. bei der direkten Koppelung zweier Rechner mit Hilfe eines Kabels nötig, im Gegensatz zur Verwendung von Modems.

1.1.2 Flußsteuerung, Hardware-Handshake, XON-XOFF-Protokoll

(1)

Definition Flußsteuerung, Verfahren, Hardware-Handshake, XON/XOFF, Unterschied Fluß- und Staukontrolle
Flußsteuerung ist nötig, um die Überlastung eines Empfängers durch einen Sender zu verhindern. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen (Sliding-Window-Protokoll, Start/Stop-Befehle (z.B. RTS/CTS), durch Kreditvergabe (selten) oder mit einer expliziten vorherigen Pufferreservierung).

Beim Sliding-Window-Protokoll wird dem Sender erlaubt, eine gewisse Anzahl von Paketen zu verschicken, die der Empfänger noch nicht bestätigt hat. Wenn diese erreicht ist, muß der Sender auf eine Empfangsbestätigung warten (bzw. nach Ablauf eines Timers die noch nicht bestätigten Pakete nochmals versenden). Die Start/Stop-Methode kann als ein Sliding-Window-Protokoll mit der Fenstergröße 1 verstanden werden, d.h. bevor ein weiteres Paket gesendet werden darf, muß das Vorherige bestätigt worden sein.

Bei der Kreditvergabe gibt es eine feste Anzahl von ``Krediten''. Der Empfänger sendet dem Sender eine spezielle Nachricht, die aussagt, wieviele Pakete der Sender dem Empfänger ohne Empfangsbestätigung senden darf. Wenn die Kredite ``verbraucht'' sind, darf kein weiteres Paket gesendet werden.

Bei der expliziten Pufferreservierung weiß der Sender im Vorhinein, wieviel Platz der Empfänger für Nachrichten hat, und kann sich entsprechend darauf einrichten.

(2)

Beispiel für Notwendigkeit Flußsteuerung
Druckersteuerung, Modemsteuerung, ...

(3)

Signale der V.24-Schnittstelle für Flußsteuerung in Hardware
In-Band-Signalling: XON/XOFF

Out-of-Band-Signalling: CTS/RTS oder DSR/DTR

(4)

XON-XOFF-Protokoll
Wenn der Empfänger kurz davor ist, keine Daten mehr empfangen zu können, schickt er dem Sender ein entsprechendes Zeichen (XOFF). Hierbei ist die Zeit zu berücksichtigen, die das Zeichen XOFF braucht, bis der Sender die Übertragung einstellt. Falls der Empfänger wieder in der Lage ist, Daten zu empfangen, sendet er das XON-Zeichen.

(5)

Vergleich XON-XOFF und Hardware-Handshake
Vorteile Hardwaresteuerung:

• Unabhängig von den Daten (alle Daten können unverändert übertragen werden), bei SW-Steuerung müssen die Daten eventuell mit Fluchtsequenzen verändert werden
• schnelle Reaktion des Senders ist garantiert (keine Verarbeitung des empfangenen Zeichens nötig)
• Kann durch billige Hardware realisiert werden, besonders vorteilhaft bei Geräten, die wenig Eigenintelligenz besitzen.

Vorteile Softwaresteuerung:

• Geringerer Hardware-Aufwand
• Einfache Implementierung
• Eindeutige Steuerung (bei Hardware: wird nun RTS/CTS oder DSR/DTR verwendet?)

1.2 Praktische Versuche

1.2.1 Versuch I: V.24-Schnittstelle

(1)

Versuchsaufbau
durchgeführt

(2)

Flußsteuerung
Die Flußsteuerung wurde über das Auftrennen der Leitungen 5/CTS, 6/DSR (auf Seite des PCs) und Leitung 20/DTR durchgeführt. Als Daten wurden mit Hilfe des Programmes te ``e''s vom PC an das Ampex-Terminal geschickt. Die Reaktion des Senders auf das Auftrennen der Leitungen war (erstaunlicherweise) immer gleich: wenn die Unterbrechung kurz genug war, setzte der Sender(=PC) die Sendung fort, nach längerer Unterbrechung (ca. 3 Sekunden) wurde die Sendung mit einer Fehlermeldung abgebrochen.

Erwartet hätten wir, daß die Übertragung auch nach längerer Unterbrechung von DSR bzw. DTR wieder fortgesetzt würde, während die Unterbrechung von CTS die Sendung erwartungsgemäß unterbricht.

(3)

XON/XOFF
Die Überschrift zu dem Versuch ist irreführend, nach Anleitung hat dieser Versuch nichts mit XON/XOFF zu tun. Die Auftrennung von Leitungen führt zu den unter (2) beschriebenen Ergebnissen, es wird kein besonderes Zeichen generiert.

Es war uns nicht möglich über Tastaturbefehle (CTRL-S/Q) die Übertragung vom Ampex-Terminal zu steuern.

1.2.2 Versuch II: Modemstrecke

(1)

Versuchsaufbau
durchgeführt

(2)

Darstellung der modulierten Signale
Die Unterschiede waren relativ gering (kurze Kabel), jedoch war eine leichte Überschwingung des Empfangssignals im Vergleich zum Sendesignal zu beobachten. Es ist anzunehmen, daß die Bandbreite der Leitung mit zunehmender Frequenz sinkt, da der ursprüngliche Signalverlauf immer mehr ``verschmiert''. Die Dämpfung der Leitung nimmt mit zunehmender Frequenz zu, d.h. Kabel erlauben nur die Übertragung von Signalen eines begrenzten Signalspektrums.

(3)

Modulationsverfahren
Modulationsverfahren: Pulsbreitenmodulation

Das HDLC-Flag ist 0111 1110, welches kontinuierlich übertragen wird, so lange keine Daten gesendet werden. Das Signal sieht wie folgt aus:

  |---| |-|   |-|   |-|   |-|   |-|   |-|   |---| |---|
  |   | | |   | |   | |   | |   | |   | |   |   | |   |
 -|   |_| |___| |___| |___| |___| |___| |___|   |_|   |_ ...
    0     1     1     1     1     1     1     0     ...

(4)

Bitrate
Die gemessene Bitrate lag zwischen 9300 Bit/s und 9900 Bit/s im Durchschnitt also ungefähr bei 9600 Bit/s, welches mit den 9600 Baud des Modems gut übereinstimmt (9600 Schritte pro Sekunde, übertragene Information jeweils 1 bit).
Die Spannungsdifferenz lag bei 2.3 Volt, die Länge eines Bits bei ungefähr 110 $\mu$s.