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Autor: mk 22.01.2012 11:24 7641	Bus

Broadcast-Netze

«Watson, komm hierher, ich brauche dich!»

Andrew S. Tanenbaum, Computernetzwerke, 3.Auflage, S.24:

Grob gesagt, gibt es zwei Arten von Übertragungstechniken:

• Broadcast-Netze
• Punkt-zu-Punkt-Netze

Broadcast-Netze haben einen einzigen Übertragungskanal, der von allen am Netz angeschlossenen Maschinen gemeinsam genutzt wird. Kurze Nachrichten, in gewissen Zusammenhängen auch Pakete genannt, werden von einer Maschine versendet und von allen anderen empfangen. Ein im Paket befindliches Adreßfeld gibt dem Empfänger an. Beim Empfang eines Pakets prüft eine Maschine das Adreßfeld. Ist das Paket für sie bestimmt, verarbeitet sie es. Ist es für eine andere Maschine bestimmt, wird es einfach ignoriert.

Hardware-Realisierung eines Busses für die serielle Schnittstelle

Die Handshake-Leitungen der seriellen Schnittstelle benutzen eine positive Logik. Dabei bedeutet ein Spannungswert von 3V-15V (gegen GND) eine logische '1', ein Wert zwischen -15V und -3V eine logische '0'. Der gemeinsame 'Bus' wird dadurch realisiert, dass die Bus-Leitung im Ruhezustand über Widerstände (getestet mit 100kOhm) von fest eingestellten Ausgängen DTR auf logisch '0' gezogen wird. Eine '1' auf dem Bus wird erreicht, wenn mindestens einmal über RTS eine logische '1' eingespeist wird. Dabei verhindern Dioden (z.B. 1N4001 oder 4148) mögliche Kurzschlüsse zwischen verschiedenen RTS-Ausgängen.

Bilder von 'realen Bussen'

Das Bild links zeigt einen minimalen 'COM1-COM2-Bus' mit dem man an einem einzigen Rechner schon 'Netz' spielen kann.

Rechts ist ist ein Bus-Stecker mit alten twisted-pair-Kabeln zu sehen.

Unten links sieht man einen Bus für 4 Rechner, bei dem die 'Elektronik' im Steckergehäuse verschwindet.

Weitere Topologien

• Topologien bei wikipedia

Experimente mit dem Bus

Aufgabe 1

Verbindet mit dem Bus-Kabel vier Rechner, startet das Programm 'Oszilloskop' auf allen Rechnern und erlebt, wie jeder schreiben kann, und alle mithören. Was passiert, wenn zwei gleichzeitig schreiben? Wie könnte man identifizieren, wer etwas gesendet hat?

Aufgabe 2

Erweitere das Programm 'Oszilloskop' zu einem 'Mini-Terminal', das Bitfolgen mit vorgegebener Bitzeit senden kann. Idee: Vielleicht kann man Threads und sleep vermeiden, wenn man das bestehende Polling als Timer mitbenutzt.

bittransceiverthread.py

Aufgabe 3

Benutzt das Mini-Terminal aus Aufgabe 2, um Nachrichten (einzelne Buchstaben) von Rechner x zu Rechner y zu senden. Wie könnte man mit Hilfe von CRC4 Fehler in der Übertragung erkennen?

(alte) Aufgabe

Verbinde mit dem Bus-Kabel vier Rechner, verwende das Programm 'Terminal4', teile den Rechnern z.B. die Adressen 1, 2, 3 und 4 zu und sende Nachrichten zwischen den Rechnern. Ergründe in systematischen Versuchen die einzelnen Bedienelemente des Programms. Beachte, dass sich der Empfänger manchmal nach Ändern der Baudrate erst 'auf die neue Geschwindigkeit einstellen' muss.

Fragen

• Was ist eine Kollision? Wie könnte man eine Kollision entdecken?
• Das Programm kann eine fehlerhafte Übertragung bemerken? Wie zeigt das der Empfänger an?
• Welche spezielle Bedeutung hat die Ziel-Adresse 15?
• Was passiert, wenn zwei Stationen gleichzeitig senden?
• Warum empfängt der Empfänger oft auch nach Beseitigung der Kollision nicht richtig?
• Wie kann man den Empfänger wieder synchronisieren?
• Was hat die Baudrate mit der Bitzeit zu tun?
• Was ist ein Paket? Wie lang ist es im vorliegendem Fall?
• Empfängt der Empfänger alle Pakete?
• Wieso habe ich kaum Fehler, der Nachbar hingegen viele?
• ...

"Ich sei, gewährt mir die Bitte, in eurem Bunde der Dritte!" - aus 'Die Bürgschaft', Friedrich Schiller