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Physikalische Übertragungszeit berechnen

Frage Netzwerke Netzwerkgrundlagen

Mitglied: GuestfortheRest

GuestfortheRest (Level 1) - Jetzt verbinden

27.08.2012 um 18:31 Uhr, 4870 Aufrufe, 8 Kommentare

Da bisher auf meinen Artikel keiner geantwortet habe und ich bisher durch die Klausurenphase zu sehr beschäftigt war, möchte ich hier noch mal spezifischer auf mein Problem eingehen in der Hoffnung das mir jemand helfen kann.
Mein Vorwissen dies bezüglich ist leider nicht so groß, dass ich die einzelnen Formeln und ihre Bedeutung zu meinem Problem einordnen kann.

Guten zusammen,

ich würde gerne die erste Schicht beim ISO/OSI (Bitübertragung) zwischen zwei Netzwerkkomponenten (PC oder ROUTER/HUB/SWITCH/BRIDGE) physikalisch berechnen.
Also wie lange es statistisch brauch um ein Paket der größe X Bits über ein LAN/WLAN Verbindung der Länge X zu übertragen.

Ich habe bisher herausgefunden, dass bei Übertragungen unterschiedliche Faktoren wie Rauschen,Dämpfung, Verzerrung, Bandbreite, Reflexionen, Rückflußdämpfung, Nebensprechen,etc gibt. Und auch bei einzelnen ihre Formeln:

Dämpfung (in dB):
1 dB = 20 * log( Eingangsspannung / Ausgangsspannung )

Frage: Woher kommen Eingangs- und Ausgangsspannung?

Rauschen (in dB):
SR = 10 * log (Signalpegel/Rauschpegel)

Frage: Woher kommt der Signal- und Rauschpegel?

Bandbreite/Übertragungsrate:

C = Übetragungsrate in Bit/s
B = Bandbreite in Hz
M = Anz. Signalpegel

C = 2 * B * ld(M)
Mit dem Shannon-Hartley-Gesetz kann ich ja jetzt das Rauschen einfügen, demnach gilt ja dann

C = B * ld(1 + SR)

So jetzt weiß ich die physikalischen Daten von meinem Kabel. Sprich
Materialkonstanten, Länge, Isolierung, Kabeltyp (Koax, etc)

Jetzt weiß ich nicht wie ich mittels diesen Daten und der Paketgröße und den Formeln auf ein Ergebnis komme.

Es wäre nett wenn man mir vielleicht ein Beispiel geben könnte oder mir eine andere Hilfestellung geben könnte.

Mit freundlichen Grüßen Marcus







Mitglied: win-dozer
27.08.2012 um 19:01 Uhr
Ich habe bisher herausgefunden, dass bei Übertragungen unterschiedliche Faktoren wie Rauschen,Dämpfung, Verzerrung,
Bandbreite, Reflexionen, Rückflußdämpfung, Nebensprechen,etc gibt. Und auch bei einzelnen ihre Formeln:

Dämpfung (in dB):
1 dB = 20 * log( Eingangsspannung / Ausgangsspannung )

Frage: Woher kommen Eingangs- und Ausgangsspannung?

Jeweils aus den Endgeräten Details zur Signalmodulation findest du hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/5-PAM

Rauschen (in dB):
SR = 10 * log (Signalpegel/Rauschpegel)

Frage: Woher kommt der Signal- und Rauschpegel?

puhh, eigentlich von Überall her... Mikrowelle, Fernseher, Rundfunk, Fön, Staubsauger usw.
All das sind Quellen die ein gewisses Signalrauschen produzieren und in die Umgebung entsenden.
Das trifft dann auf dein mehr oder weniger gut geschirmtes Netwerkkabel und wird auf ein x-tel reduziert. Der Rest muss dann von deinem Endgerät gefiltert werden - oder eben nicht... Dann hast du evtl. ein "gekipptes Bit..."
000 -> 001



Eigentlich ist das aber gar nicht so wichtig für deine Frage: "Wie schnell ist denn das Bit da" - hierfür kannst du
http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit#Lichtgeschwindigkeit_ ...
benutzen, dann weißt du wie schnell das Signal durch den Kupfer huscht. Dann nur nicht vergessen das der Draht ja "twisted" ist und dadurch viel länger ist (Faktor 1,4 wenn ich mich recht entsinne). Steckverbindungen würde ich jetzt nicht mitberechnen.
Was aber viel schwieriger ist: Wie viel Zeit verbrödelt die Netzwerkkarte?

Der einfachste Weg: Setze einen ICMP-Ping ab, rechne aus wie viele Bits was waren, rechne die einzelnen Paketwege aus die gemacht wurden -> fertig.
Bitte warten ..
Mitglied: Lochkartenstanzer
27.08.2012, aktualisiert um 21:37 Uhr
Ciao,

Bei der Netzmafia gibt es allerhand interessantes zu lesen. Insbesondere der Punkt Signallaufzeiten, Slot Time in dem Skript Einführung in die Computernetze sollte dir ein wenig weiterhelfen.


lks

PS: Hier ist Administrator.de und keine Hausaufgabenhilfe.de
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Mitglied: exchange
27.08.2012, aktualisiert um 22:16 Uhr
Hallo,
1.) Du gibst viel zu wenig Werte an!
2.) Idealisiere die Störfaktoren ansonsten fehlt Dir nämlich auch noch die Temperatur und der Druck ;)


Die meisten Infos stehen übrigends bei guten Kabelherstellern im Datenblatt:
http://communications.draka.com/sites/eu/Datasheets/uc09ss23cat7lh_e_de ...

PS: Signallaufzeit! In welchem Semenster bist Du? Also die E-Techniker machen das noch nicht mal in der Diplomarbeit mit allen Faktoren. Ansonsten 2 Kabal Speicher Oszi und messen!

Gruß
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Mitglied: maretz
27.08.2012 um 23:13 Uhr
Zu meiner Zeit hat man als Signalgeschwindigkeit im Kupferkabel jedoch nur 2/3 der Lichtgeschwindigkeit angenommen (wenn ich mich recht entsinne).

Es kommen jedoch noch andere Faktoren in Frage - je nach Betrachtung. Z.B. die Window-Size und die Übertragungsstrecke. Denn wenn die beiden Werte dumm laufen (Win-Size=1, Übertragungsstrecke sehr lang) dann kann es sehr wenige Pakete in einer Sekunde geben -> die Übertragungsrate ist dann unabhängig von der Bandbreite da die Leitung meistens leer läuft. Damit wäre die Statistik dann für'n A...
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Mitglied: GuestfortheRest
28.08.2012, aktualisiert um 14:20 Uhr
Zitat von win-dozer:
puhh, eigentlich von Überall her... Mikrowelle, Fernseher, Rundfunk, Fön, Staubsauger usw.
All das sind Quellen die ein gewisses Signalrauschen produzieren und in die Umgebung entsenden.
Das trifft dann auf dein mehr oder weniger gut geschirmtes Netwerkkabel und wird auf ein x-tel reduziert. Der Rest muss dann von
deinem Endgerät gefiltert werden - oder eben nicht... Dann hast du evtl. ein "gekipptes Bit..."
000 -> 001


Ok, welche Werte werden denn normalerweise für die Planung berechnet? Gibt es irgendwelche Messwerte die für bestimmte Gegebenheiten als statischen Standart angenommen werden können? Sprich ein Bürokomplex hat ein Signalpegel xxx und Rauschpegel von xxx. Ich meine ich will gerne theoretisch Berechnen können welches Netzwerk für eine beliebige Gegebenheit optimal geeignet ist.




Eigentlich ist das aber gar nicht so wichtig für deine Frage: "Wie schnell ist denn das Bit da" - hierfür
kannst du
http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit#Lichtgeschwindigkeit_ ...
benutzen, dann weißt du wie schnell das Signal durch den Kupfer huscht. Dann nur nicht vergessen das der Draht ja
"twisted" ist und dadurch viel länger ist (Faktor 1,4 wenn ich mich recht entsinne). Steckverbindungen würde
ich jetzt nicht mitberechnen.
Was aber viel schwieriger ist: Wie viel Zeit verbrödelt die Netzwerkkarte?

Naja die weitere Datenverarbeitung bei der jeweiligen Netzwerkkomponente ist ja noch mal eine andere Rechnung, hierbei geht es mir wirklich primär um die physikalische Zeit der Leitung.


Der einfachste Weg: Setze einen ICMP-Ping ab, rechne aus wie viele Bits was waren, rechne die einzelnen Paketwege aus die gemacht
wurden -> fertig.

Das ist ein Ansatz für bereits existierende Netzwerke, für ein geplantes Netzwerk funktioniert das nicht.

Zitat von Lochkartenstanzer:
PS: Hier ist Administrator.de und keine Hausaufgabenhilfe.de

Hierbei handelt es sich um ein privates Interesse und die Weiterbildung. Im Rahmen meines Studiums werde ich leider nicht in die Signalverarbeitungsmaterie gehen können.

Zitat von exchange:
PS: Signallaufzeit! In welchem Semenster bist Du? Also die E-Techniker machen das noch nicht mal in der Diplomarbeit mit allen
Faktoren. Ansonsten 2 Kabal Speicher Oszi und messen!

Gruß

Ich befinde mich im dritten Fachsemester der Fachrichtung Wirtschaftsinformatik, interessiere mich aber auch an der Netzwerkprogrammierung, -verwaltung, -planung.
Auch das Messen zwischen zwei Punkten ist für den theoretischen Ansatz, sprich der Planung, nicht möglich und die Analogiemethode halte ich hier für zu ungenau.


Aber an alle schon mal einen riesen Dank, ich werde mir die genannten Quellen ausführlich und intensiv durchlesen und vielleicht hat sich dann schon alles geklärt

Gruß
Marcus
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Mitglied: GuestfortheRest
30.08.2012, aktualisiert um 13:02 Uhr
Also mal eine Kontrollfrage:

nehmen wir an ich habe zwei Rechner über zwei PCI 2.2 Netzwerkkarte verbunden (Spannung: 3,3 V, Taktrate: 66 MHz, Busbreite: 32 Bit) und einem S/FTP Cat. 7 Kabel (Länge: 50 Meter, Schleifenwiderstand: <8,25 Ohm, Isolationswiderstand: 250 MOhm, Wellenwiderstand bei 100MHz: 100 +-15 Ohm, relative Ausbreitungsgeschwindigkeit: 79%, Signallaufzeit: <427ns/100m, Kopplungsdämpfung: 85 dB).
Die Umgebung ist ein normales Zimmer: Druck daher zwischen 900 und 1024hPa und 295.15 Kelvin (22°).
Mein Paket ist 3 * 10^6 Byte groß (24 * 10^6 Bit)


Aufbau:
Rechner1-----------------------Rechner2
PCI2.2 -------50m\S/FTP-Cat7-----PCI2.2

Ausbreitungsgeschwindigkeit: 0,79 * (3*10^8) = 237 * 10^6 m/s

Also wie berechne ich jetzt die Übertragungsdauer.

C = B * log( 1 + SNR) = Bit/s
Also müsste ich ja dann umstellen nach s
s = Bit / (B * log(1 + SNR))
SNR berechnet sich ja aus der Signalnutzleistung und der Rauschleistung.
Also einsetzen

s = Bit / (B * log( 1 + ( Signalnutzleistung / sqrt( 4 * (1,38 * 10-23) * T * R * B))

Vereinfacht:
R = Impedanz
B = Bandbreite

s = Bit / (B * log( 1 + (Signalnutzleistung / sqrt( (1,63 * 10^-20) * R * B)))

So nun die Frage:

Mit der Impedanz ist hier doch der Wellenwiderstand gemeint oder?

Also müsste ich doch dann:

s = Bit / (B * log( 1 + (Signalnutzleistung / sqrt( (1,63 * 10^-20) * (100+-15) * B)))

so rechnen. Die Signalnutzleistung errechnet sich doch aus der Taktrate und der Busbreite der Netzwerkkarte, wenn ich mich nicht vertue.
Also in meinem Fall 32 Bit * 66 MHz = 2,112 GBit/s.
Und bei der Annahme der CSMA/CD Kollisionsstrategie (2*T) und der Annahme das mir 70% der Bandbreite (100 MHz) zugerechnet werden sieht die Formel dann so aus:

s = 2 * (Bit / (70 MHz * log ( 1 + ((2,112*10^9 Bit/s) / sqrt( (1,63 * 10^-20 J) * (100+-15 Ohm) * 70 MHz)))

Bit = Paketgröße von 24 * 10^6 Bit

s = 2 * (24 * 10^6 / (70 MHz * log ( 1 + ((2,112*10^9 Bit/s) / sqrt( (1,63 * 10^-20 J) * (100+-15 Ohm) * 70 MHz)))
s = 0,048 sek

und das erscheint mir ein wenig zu unrealistisch... 48 ms für ein 3 MB großes Paket... aber wo hab ich da meinen Denk/Rechenfehler?
Also normalerweise brauch ein solches Paket doch so 10-20 sekunden bei den Bedingungen. Zudem hab ich hier auch nicht die Länge mit eingebaut. Die ja auch entscheidend sein kann...
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Mitglied: Lochkartenstanzer
30.08.2012 um 13:35 Uhr
Moin

  • Welche codierung?
  • Welches protokoll?
  • Jumboframes?
  • Welcher Bittakt?

lks

PS: Da sind noch sehr viele fragen, die da offen sind, z.B. wie rechnest Du den Luftdruck udn die Luffeuchtigkeit in Deine Übertragungsrate rein.
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Mitglied: GuestfortheRest
30.08.2012 um 13:52 Uhr
Zitat von Lochkartenstanzer:
Moin

  • Welche codierung?
Puh ich glaube die Standardcodierung ist ja in dem Fall (100Base-T) RLL .. also denke mal 4b5b oder ab 1000Base-T ja dann 8b10b
* Welches protokoll?
TCP-IP
* Jumboframes?
Naja MTU ist doch 1518 Byte
* Welcher Bittakt?
Ist das nicht die Taktrate der Netzwerkkarte


lks

PS: Da sind noch sehr viele fragen, die da offen sind, z.B. wie rechnest Du den Luftdruck udn die Luffeuchtigkeit in Deine
Übertragungsrate rein.

Und ja das ist eben mein Problem, ich weiß nicht wie ich die physikalischen Gegebenheiten und die netzwerktechnischen Gegebenheiten in eine Formel kriege. Wenn ich das könnte würde ich hier nicht so "doof" fragen ;)
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