X-Git-Url: https://hackdaworld.org/gitweb/?p=lectures%2Flatex.git;a=blobdiff_plain;f=modem%2Fmodem_talk.tex;h=58bc0ba953a83da7223d8ca1931335c944810863;hp=3f0eb1aadb103e5a947fe57e3c2d12bb0de83301;hb=9cee4c1ad3e319b37926beed22e87be0a1461673;hpb=7e44dd9a5fe52ef694a61c1b5009b6d8ada8ad08 diff --git a/modem/modem_talk.tex b/modem/modem_talk.tex index 3f0eb1a..58bc0ba 100644 --- a/modem/modem_talk.tex +++ b/modem/modem_talk.tex @@ -22,7 +22,7 @@ \begin{document} \title{Das Modem - die Schnittstelle ins Internet} -\subtitle{Vom kalten Krieg bis zum Internet} +\subtitle{Vom kalten Krieg bis zur digitalen Revolution} \author[M. Lenk]{Melanie Lenk \\ \texttt{mali@malinet.org}} \date{25. April 2006} @@ -51,11 +51,34 @@ \section{Das Modem} - \subsection{Begriffserkl"arung} + \subsection{Motivation und Begriffserkl"arung} \begin{frame} \frametitle{Das Modem} - \framesubtitle{Begriffserkl"arung} + \framesubtitle{Motivation und Begriffserkl"arung} + Motivation + \begin{itemize} + \item Notwendigkeit des {\bf schnellen} Informationsaustauschs + \item Verarbeitung {\bf gro"ser} Datenmengen \\ + $\Rightarrow$ Daten"ubertragung zwischen (zwei) Computern + \item Telefonnetz (Ursprung 1880) weit verbreitet + \end{itemize} + \pause + $\Rightarrow$ Idee: Kommunikation der Computer "uber das Telefonnetz\\ + \vspace{0.5cm} + \pause + {\color{red} Problem:} Telefonnetz konzipiert zur "Ubertragung von Sprache\\ + \vspace{0.2cm} + \pause + {\color{green} L"osung:} Wandlung digitaler Information in T"one und zur"uck + \begin{center} + $\rightarrow$ {\bf Modem} $\leftarrow$ + \end{center} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Motivation und Begriffserkl"arung} \begin{center} {\bf Modem} $\Rightarrow$ {\bf Mo}dulator/{\bf Dem}odulator \end{center} @@ -75,18 +98,41 @@ \frametitle{Das Modem} \framesubtitle{Geschichtliche Entwicklung des Modems} 1950: {\bf SAGE} - {\bf S}emi {\bf A}utomatic {\bf G}round {\bf E}nvironment + \begin{columns} + \column{9.0cm} \begin{itemize} \item Automatisches Kontrollsystem zum Aufsp"uren/Verfolgen und Abfangen gegnerischer Bomber + \item 1958: IBM AN/FSQ-7 (Whirlwind II) R"ohrenrechner, $55.000$ Elektronenr"ohren, Ferrit-Kernspeicher, 275 Tonnen, $2.000 \, m^2$, $3 \, MW$ + \end{itemize} + \column{4.0cm} + \includegraphics[width=2.3cm]{sage.eps} + \end{columns} + \vspace{0.3cm} + \begin{center} + \includegraphics[height=2.7cm]{sage_computer.eps} + \includegraphics[height=2.7cm]{sage_building.eps} + \includegraphics[height=2.7cm]{sage_terminal.eps} + \end{center} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Geschichtliche Entwicklung des Modems} + 1950: {\bf SAGE} - {\bf S}emi {\bf A}utomatic {\bf G}round {\bf E}nvironment + \begin{columns} + \column{8.0cm} + \begin{itemize} \item Zeitpunkt der Einsetzbarkeit: Bedrohung durch sowjetische Bomber ersetzt durch sowjetische Raketen\\ $\Rightarrow$ SAGE g"anzlich ungeeignet - \item wesentlicher Einfluss auf Entwicklung von Computersystemen, Echtzeitverarbeitung von Informationen und der Vernetzung durch Modems - \item 1958: IBM AN/FSQ-7 (Whirlwind II) R"ohrenrechner\\ - $55.000$ Elektronenr"ohren, Ferrit-Kernspeicher, 275 Tonnen, $2.000 \, m^2$, $3 \, MW$ - \item 1957: IBM / American Airlines mini-SAGE, zentralisierter Vertrieb von Flugtickets\\ + \item wesentlicher {\color{red} Einfluss} auf {\color{red} Entwicklung} von Computersystemen, Echtzeitverarbeitung von Informationen und der {\color{red} Vernetzung durch Modems} + \item 1957: IBM / American Airlines mini-SAGE, zentralisierter Vertrieb von Flugtickets \begin{center} Terminals $\leftarrow$ Modem $\rightarrow$ Zentralrechner \end{center} \end{itemize} + \column{4.0cm} + \includegraphics[width=4.0cm]{sabre.eps} + \end{columns} \end{frame} \begin{frame} @@ -139,9 +185,9 @@ \begin{columns} \column{12.0cm} \begin{itemize} - \item 1968: Gerichtsurteil, Erlaubnis f"ur nicht-At\&T Ger"ate\\ + \item 1968: Gerichtsurteil, Erlaubnis f"ur nicht-AT\&T Ger"ate\\ (komplexe/teure Tests) \\ - $\Rightarrow$ Akustikkoppler bis 1980 weitverbreitet + $\Rightarrow$ Akustikkoppler bis 1980 weit verbreitet \item 1972: {\em Vadic VA3400}\\ vollduplex, 1200 bps, std. Telefonleitung \end{itemize} @@ -152,6 +198,8 @@ \frametitle{Das Modem} \framesubtitle{Geschichtliche Entwicklung des Modems} Das Smartmodem + \begin{columns} + \column{8.0cm} \begin{itemize} \item 1981: Hayes Communications\\ \begin{itemize} @@ -162,9 +210,17 @@ \item {\bf command mode}:\\ Daten werden als Befehle (AT-Befehlssatz) interpretiert und ausgef"uhrt \end{itemize} + \end{itemize} + \column{4.0cm} + \includegraphics[width=4.0cm]{hayesmodem.eps} + \end{columns} + \begin{columns} + \column{12.0cm} + \begin{itemize} \item $\Rightarrow$ Modem kann selbstst"andig w"ahlen bzw. abheben \item Hayes command set (AT-Befehlssatz) bis heute Basis computergesteuerter Modems \end{itemize} + \end{columns} \end{frame} \begin{frame} @@ -218,13 +274,10 @@ \item Zunahme privater Modems (schneller, billiger) \\ $\Rightarrow$ Modem-Monopol nicht l"anger aufrechterhaltbar \end{itemize} + \vspace{0.2cm} \begin{center} - \begin{columns} - \column{5.5cm} - \includegraphics[height=4.0cm]{btx-modem.eps} - \column{6.5cm} - \includegraphics[height=4.0cm]{btx-terminal.eps} - \end{columns} + \includegraphics[height=3.7cm]{btx-modem.eps} + \includegraphics[height=3.7cm]{btx-terminal.eps} \end{center} \end{frame} @@ -240,7 +293,9 @@ \item Daten"ubertragung "uber digitale Teilnehmeranschlussleitung \item hochfrequentes Signal $\Rightarrow$ starke D"ampfung $\Rightarrow$ Reichweite begrenzt (3 km) \end{itemize} - \includegraphics[width=8.0cm]{dsl.eps} + \begin{center} + \includegraphics[width=6.0cm]{dsl.eps} + \end{center} \item Kabelmodem \\ Daten"ubertragung "uber das TV-Kabelnetz \end{itemize} @@ -248,38 +303,363 @@ \subsection{Modem-Varianten} +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Modem-Varianten} + Man unterscheidet folgende Modemtypen: + \begin{itemize} + \item Telefonmodems\\ + Angepasst an die Besonderheiten des Telefonnetzes + \begin{itemize} + \item Akustikkoppler + \item Smartmodem + \item Faxmodem + \item Voicemodem + \item Soft/Winmodem + \end{itemize} + \item Standleitungsmodems \\ + Punkt-zu-Punkt-Verbindung zu fester Vermittlungsstelle + \begin{itemize} + \item xDSL-Modem + \item Kabelnetz-Modem + \end{itemize} + \item Funkmodems \\ + selbes Prinzip: digitale Information $\rightarrow$ analoges Radiosignal + \item Stromleitungsmodem \\ + Modulation von Datensignalen auf die Stromleitung + \end{itemize} +\end{frame} + \begin{frame} \frametitle{Das Modem} \framesubtitle{Modem-Varianten} Das Softmodem bzw. Winmodem \begin{itemize} - \item Modem stark abgespeckter/reduzierter Hardware - \item Fehlende Hardwarefunktionalit"at auf Software ausgelagert + \item Modem mit stark abgespeckter/reduzierter Hardware + \item Fehlende Hardwarefunktionalit"at auf Software (Treiber) ausgelagert \item Onboard Soundhardware ersetzt analoge Koponente des Modems - \item $\Rightarrow$ billiger als herk"ommliche Modems - \item $\Rightarrow$ h"ohere CPU Auslastung f"ur nichttriviale Tonerzeugung (z.B. schlecht f"ur Onlinegaming) - \item $\Rightarrow$ stark abh"angig vom Treiber (Betriebssystem(version)) +\pause + \item $\Rightarrow$ {\color{blue} billiger/flexibler als herk"ommliche Modems} + \item $\Rightarrow$ {\color{red} h"ohere CPU Auslastung f"ur nichttriviale Tonerzeugung} (z.B. schlecht f"ur Onlinegaming) + \item $\Rightarrow$ {\color{red} stark abh"angig vom Treiber} (Betriebssystem(version)) + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Modem-Varianten} + Das Funkmodem + \begin{columns} + \column{8.0cm} + \begin{itemize} + \item Funkmodems notwendig f"ur digitale Daten"ubertragung durch die Luft + \item Modulation digitaler Signale auf analoges Radiosignal + \item Beispiele: WiFi Standard (IEEE 802.11, WLAN), Mobilfunk (GSM), GPS, DVB-S/T + \end{itemize} + \column{4.0cm} + \includegraphics[width=4.0cm]{wlan.eps} + \end{columns} +\pause + \vspace{0.3cm} + Das Stromleitungsmodem + \begin{columns} + \column{12cm} + \begin{itemize} + \item Modulation digitaler Datensiganle auf die Stromleitung + \item Beispiele: + \begin{itemize} + \item Rundsteuertechnik der Energieversorgungsunternehmen \\ + (Umschaltung der Stromz"ahler auf Tag/Nacht) + \item Babyfon, Homeplug (st"orungsanf"allig, abh"orbar) + \end{itemize} + \end{itemize} + \end{columns} +\end{frame} + + \subsection{Bauformen und Anschluss am PC} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Bauformen und Anschluss am PC} + Unterschiedliche Bauformen und Schnittstellen zum Computer + \begin{columns} + \column{7.0cm} + \begin{itemize} +\pause + \item Externe Modems + \begin{itemize} +\pause + \item Smart/Fax/Voicemodem: \\ + RS232 (serielle Schnittstelle), USB +\pause + \item xDSL/Kabel: Ethernet, USB + \end{itemize} +\pause + \item Steckkartenmodem\\ + PCI, ISA, PCMCIA, propriet"are Sockel +\pause + \item Onboard Modem + \end{itemize} + \column{5.0cm} + \only<1-2>{ + \includegraphics[height=5.0cm]{blankv.eps} + } + \only<3>{ + \includegraphics[height=5.0cm]{smartmodem.eps} + } + \only<4>{ + \includegraphics[height=5.0cm]{dslmodem.eps} + } + \only<5>{ + \includegraphics[height=2.5cm]{isamodem.eps} + \includegraphics[height=2.5cm]{pcimodem.eps} + } + \only<6>{ + \includegraphics[height=5.0cm]{blankv.eps} + } + \end{columns} +\end{frame} + + \subsection{Aufbau und Funktionsweise} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise} + Aufgaben des Modems + \begin{itemize} + \item Schnittstelle zur Telefonleitung + \item Kontrolle "uber die Telefonleitung "ubernehmen (go off-hook) + \item Rufaufbau durch W"ahlen der Telefonnummer + \item Einigung auf gemeinsame Sprache (Protokoll) mit Modem der Gegenstelle + \item Umwandlung digitaler Daten in analoge Signale und umgekehrt + (f"ur Kommunikation "uber die Telefonleitung) + \item "Ubertragen und Empfangen von Daten + \item Terminieren der Verbindung (go on-hook) + \end{itemize} +\pause + $\Rightarrow$ Ziel: {\color{red} exakte} "Ubertragung von Daten in {\color{red} angemessener Zeit} +\end{frame} + + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise} + Einschub: technische Grundlagen des Telefonnetzes + \begin{itemize} + \item entworfen f"ur Sprach"ubertragung + \item analoges Signal (300 Hz - 3.4 kHz) "uber zweiadriges Kupferkabel + \item Teilnehmeranschlussleitung durch Vermittlungsstelle mit Telefonnetzwerk verbunden + \item Speisung durch 60 Volt Batterie + \end{itemize} + \vspace{0.3cm} +\pause + $\Rightarrow$ {\color{red} Probleme} im Telefonnetz + \begin{itemize} + \item Signalverz"ogerungen + \item Echosignale + \item unterschiedliche Signalpegel (Rauschen) \end{itemize} \end{frame} - \subsection{Anschluss am PC} +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise} + Funktioneller Aufbau des Modems + \begin{center} + \includegraphics[width=10cm]{aufbau.eps} + \end{center} + \begin{itemize} +\pause + \item {\bf D}ata {\bf A}ccess {\bf A}rrangement \\ + Schnittstelle: Modem $\leftrightarrow$ Telefonnetz + \begin{itemize} + \item galvanische Entkopplung vom Telefonnetz + \item Erkennung des Klingeltons + \item Erkennung des CallerID Signals + \item Ausf"uhrung des Abhebe- und Auflegevorganges + \end{itemize} +\pause + \item {\bf A}nalog {\bf F}ront {\bf E}nd \\ + Modem Coder/Decoder (modem codec) + \begin{itemize} + \item Analog-Digital-Wandlung (ADC) + \item Digital-Analog-Wandlung (DAC) + \end{itemize} + \end{itemize} +\end{frame} - \subsection{Aufbau und Technik} +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise} + Funktioneller Aufbau des Modems + \begin{center} + \includegraphics[width=10cm]{aufbau.eps} + \end{center} + \begin{itemize} + \item {\bf D}igital {\bf S}ignal {\bf P}rocessor \\ + Spezieller Mikroprozessor optimiert f"ur mathematische Operationen + (FFT: Zeit $\rightarrow$ Frequenzdarstellung) + \begin{itemize} + \item Rauschunterdr"uckung + \item Modulation/Demodulation (Daten $\leftrightarrow$ Tr"agersignal) + \end{itemize} +\pause + \item Modem Control \\ + Schnittstelle zum Terminal + \begin{itemize} + \item Steuerung des DSP + \item Interpretation der AT-Kommandos + \item Fehlerkorrektur + \item Datenkompression + \end{itemize} + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise} + Speziell xDSL: + \begin{itemize} + \item Frequenzbereich Telefonnetz (analog/ISDN): 300 Hz - 3.4 kHz + \item Frequenzbereich xDSL: 138 kHz - 1.04 MHz (VDSL 30 Mhz) + \item Beide Frequenzbereiche teilen sich den Kupferdraht + \end{itemize} + \vspace{0.2cm} +\pause + $\Rightarrow$ {\color{red} ben"otigte Hardware}:\\ + \begin{itemize} + \item BBAE, Breitbandanschlusseinheit (Splitter) + \item Trennung bzw. Zusammenf"ugen der Frequenzbereiche (Tiefpassfilter) + \end{itemize} + \only<1>{ + \includegraphics[height=3cm]{blankv.eps} + } + \only<2>{ + \begin{center} + \includegraphics[height=3cm]{splitter.eps} + \includegraphics[height=3cm]{splitter-offen.eps} + \end{center} + } +\end{frame} \subsection{Anschaffungskriterien} +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Anschaffungskriterien} + Vorgehensweise + \begin{enumerate} + \item Verf"ugbarkeit von xDSL pr"ufen (x=A)\\ + \begin{itemize} + \item Modem/Splitter meist kostenlos vom Anbieter zur Verf"ugung gestellt + \item Anschlussgeb"uhr 10 - 15 Euro, Flatrate: 10 - 20 Euro + \end{itemize} + \item Alternative 1: skyDSL + \begin{itemize} + \item Empfang via Satelitenreceiver + \item R"uckkanal "uber 56k/ISDN (evtl. versteckte Kosten) + \item teure Hardware n"otig (Sch"ussel, LNB, DVB-S Karte) + \end{itemize} + \item Alternative 2: 56k/ISDN + \begin{itemize} + \item sehr langsam + \item kein Flatrate-Angebot vorhanden \\ + (Achtung: Telefonflat darf daf"ur nicht genutzt werden) + \end{itemize} + \end{enumerate} +\end{frame} + +\begin{frame} +\begin{center} + \includegraphics[width=10cm]{internet-modem_n.eps} +\end{center} +\end{frame} + \section{Das Internet} \subsection{Begriffserkl"arung} +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Begriffserkl"arung} + \begin{center} + {\bf Inter}connected {\bf Net}works + \end{center} + \begin{itemize} + \item "offentlich zug"angliches weltweites Netzwerk + \item Verbund vieler voneinander unabh"angiger Netzwerke (Router) + \item standardisierte Kommunikation, {\bf I}nternet{\bf p}rotokoll (IP) + \end{itemize} +\pause + \vspace{0.4cm} + \begin{center} + {\color{red} Nicht} zu verwechseln mit dem {\bf W}orld {\bf W}ide {\bf W}eb (WWW) + \end{center} +\end{frame} + \subsection{Entstehung des Internets} +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Entstehung des Internet} + Folgen des kalten Krieges (~1950/60) + \begin{itemize} + \item UDSSR: Sputnik, erste unbemannte Weltraummission \\ + \item US: {\bf D}efense {\bf A}dvanced {\bf R}esearch {\bf P}rojects {\bf A}gency (DARPA) \\ + \begin{itemize} + \item Weiterentwicklung von SAGE\\ + (erstes vernetztes landesweites Radar System) + \item verteiltes Kommunikationssystem\\ + (Sicherstellung st"orungsfreier Kommunikation im Falle eines Atomkrieges) + \end{itemize} + \item J.C.R. Licklider (1960):\\ + Notwendigkeit eines globalen universellen Netzwerkes\\ + $\rightarrow$ L. Roberts, P. Baran (MIT): {\color{red} packet switching} + \end{itemize} + \vspace{0.2cm} + packet switching: (Verfahren zur Speichevermittlung im Netzwerk)\\ + Unterteilung langer Nachrichten in kleine Datenpakete (Datagramm) +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Entstehung des Internet} + \begin{itemize} + \item 1969: ARPANET, 4 Forschungseinrichtungen + \item ... + \end{itemize} +\end{frame} + \subsection{Aufbau und Struktur} +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Entstehung des Internet} + +\end{frame} + \subsection{Internetprotokolle} +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Entstehung des Internet} + +\end{frame} + \subsection{Wichtige Dienste im Internet} +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Entstehung des Internet} + +\end{frame} + \subsection{Gefahren im Internet} +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Entstehung des Internet} + +\end{frame} + \end{document}