Digitale Signalübertragung

Industrielle Netzwerke, die Daten mithilfe digitaler Signale übertragen, sind häufig ein integraler Bestandteil einer Datenerfassungs- oder Prozesssteuerungslösung. Ein grundlegendes Verständnis der für verschiedene Anwendungen verfügbaren Netzwerktechnologien ist erforderlich, um die besten Implementierungsentscheidungen zu treffen – Entscheidungen, die einen tiefgreifenden Einfluss auf

die Fähigkeit zur Anpassung an sich ständig ändernde Technologien haben können. Beispielsweise kann die Art des Netzwerks oder der Netzwerkprodukte, die für eine Datenerfassungsanwendung ausgewählt werden, einen großen Einfluss auf die Kosten-Nutzen-Bewertung zukünftiger Projekte haben. Bis vor kurzem waren Glasfasern eine teure Option, die für die meisten Anwendungen überdimensioniert

schien. Da jedoch mittlerweile mit einem hohen Informationsaufkommen zwischen den Knotenpunkten eines Unternehmensnetzwerks zu rechnen ist, erscheinen Glasfasern attraktiv. Netzwerktechnologien bieten eine verwirrende Vielfalt an Optionen, und bestimmte Segmente dieser Technologie verändern sich mit unglaublicher Geschwindigkeit. Der durchschnittliche Nutzer könnte Wochen damit
verbringen, die verschiedenen Möglichkeiten zum Aufbau oder zur Verbesserung eines Netzwerks zu recherchieren, nur um dann festzustellen, dass, sobald eine Entscheidung getroffen und Produkte gekauft wurden, bereits die nächste Welle größerer, besserer und schnellerer Technologien verfügbar ist. Eine gut konzipierte, integrierte Lösung für die Datenübertragung verschafft jedem Industrieunternehmen einen Wettbewerbsvorteil. Nutzer in allen Bereichen eines Unternehmens sollten in der Lage sein, Anlagen- und Geschäftsdaten von jedem physischen Knotenpunkt, lokal oder remote, abzurufen. Das

„Zusammenfügen” neuer

und/oder bestehender Netzwerke wird durch den Einsatz von Bridging-, Routing- und Medienkonvertierungstechnologien, die lokale, Weitverkehrs- und industrielle Netzwerke miteinander verbinden, immer einfacher. Und mit Internet- und Drahtlostechnologien wird die Datenübertragung über große

geografische Entfernungen

immer einfacher. Das OSI-Netzwerkmodell Fast alle Beschreibungen digitaler Netzwerke beginnen mit dem OSI-Modell (Open Systems Interconnect) (Abbildung 4-1). Es erklärt die verschiedenen „Schichten“ der Netzwerktechnologie. Für den gelegentlichen Nutzer ist dieses Modell etwas abstrakt, aber es gibt keinen besseren Weg, um zu verstehen, was vor sich geht. Bildunterschrift Titel Manchmal hilft es, jede Schicht zu verstehen, indem man die Technologie untersucht, die sie repräsentiert. Die Anwendungsschicht ist am
intuitivsten, da sie das ist, was der Benutzer sieht. Sie repräsentiert das Problem, das der Benutzer vom System gelöst haben möchte. Internetbrowser und E-Mail-Programme sind gute Beispiele dafür. Sie ermöglichen es dem Benutzer, Daten einzugeben und zu lesen, während er zwischen einem Client-PC und einem Server irgendwo im Internet verbunden ist. In einer industriellen Anwendung könnte ein Programm auf einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) ein intelligentes Ventil steuern. Die Präsentationsschicht formatiert die Daten, die zur und von der Anwendung übertragen werden. Diese Schicht führt
Dienste wie Verschlüsselung, Komprimierung und Konvertierung von Daten von einem Format in ein anderes durch. Beispielsweise könnte eine Anwendung (eine Schicht höher) einen Zeitstempel im 12-Stunden-Format senden: 01:30:48 p.m. Eine universellere Darstellung ist 13:30:48 im 24-Stunden-Format, das von der Anwendung des nächsten Knotens in der benötigten Form akzeptiert oder dargestellt werden kann. Ein Vorteil von Präsentationsdiensten besteht darin, dass sie dazu beitragen, Overhead
oder eingebettete Dienste in Anwendungsprogrammen zu eliminieren. Die Sitzungsschicht stellt die Verbindung zwischen Anwendungen her. Sie erzwingt auch Dialogregeln, die die Reihenfolge und Geschwindigkeit der Datenübertragung zwischen einem Sender und einem Empfänger festlegen. Beispielsweise würde die Sitzungsschicht den Datenfluss zwischen einer Anwendung und
einem Drucker mit einem festen Puffer steuern, um Pufferüberläufe zu vermeiden. Im Zeitstempel-Beispiel werden, sobald die Daten im 24-Stunden-Format dargestellt sind, eine Kennung und ein Längenindikator an die Datenzeichenfolge angehängt. Die Transportschicht ist im Wesentlichen eine Schnittstelle zwischen dem Prozessor und der Außenwelt. Sie generiert Adressen für Sitzungsentitäten und stellt sicher, dass alle Datenblöcke oder -pakete gesendet
oder empfangen wurden. Im Zeitstempel-Beispiel werden eine Adresse für jede Sitzungseinheit (Sender und Empfänger) und eine Prüfsumme an den von der Sitzungsschicht generierten Block angehängt. Die Netzwerkschicht führt Abrechnungs-, Adressierungs- und Routing-Funktionen für Nachrichten aus, die von der Transportschicht empfangen werden. Wenn die Nachricht lang ist, wird sie von dieser Schicht aufgeteilt und über das Netzwerk sequenziert. Diese Schicht verwendet auch eine Netzwerk-Routing-Tabelle, um den nächsten Knoten auf dem Weg zur Zieladresse zu finden. Im Zeitstempel-Beispiel
werden eine Knotenadresse und eine Sequenznummer an die von der Sitzungsschicht empfangene Nachricht angehängt. Die Datenverbindungsschicht baut den physischen Kommunikationspfad von einem Knoten zum nächsten auf und steuert ihn, wobei Fehler erkannt werden. Diese Schicht führt eine Medienzugriffskontrolle (MAC) durch, um zu entscheiden, welcher Knoten das Medium wann nutzen darf. Die Regeln, die zur Ausführung dieser Funktionen verwendet werden, werden auch als Protokolle bezeichnet. Ethernet und Token Ring Contention sind Beispiele für Protokolle. Im Zeitstempel-Beispiel werden ein Header und ein Trailer an die von der Transportschicht empfangene Nachricht angehängt, um den Anfang und das Ende des Frames, den Frame-Typ (Steuerung oder

Daten), die Prüfsumme

und andere Funktionen zu kennzeichnen. Die physikalische Schicht ist aus Kostensicht vielleicht die auffälligste Schicht. Die Arbeits- und Materialkosten für das Verlegen von Kabeln sowie die physikalische Infrastruktur (Leitungsrohre, Kabelkanäle und Kabelkanalbanken) zur Aufrechterhaltung der Kabelintegrität. Diese Schicht fügt dem Nachrichtenrahmen nichts hinzu. Sie wandelt lediglich die von der Datenverbindungsschicht
empfangene digitale Nachricht in eine Folge von Einsen und Nullen um, die durch ein Signal auf dem Medium dargestellt werden. Ein Beispiel ist RS-485, bei dem eine binäre 1 durch ein Mark oder einen Off-Zustand und eine binäre 0 durch ein Space oder einen On-Zustand dargestellt wird. Ein Mark ist eine negative Spannung zwischen den Anschlüssen am Generator, während ein Space eine positive Spannung an diesen Anschlüssen ist. Optionen für die physikalische Schicht Es gibt eine Reihe von Implementierungen der physikalischen Schicht. Netzwerkgeräte ermöglichen eine Vielzahl

von Konnektivitätsoptionen.

Einige Netzwerke sind anhand des OSI-Modells klar definiert, wobei Kabel, Brücken, Router, Server, Modems und PCs leicht zu identifizieren sind. Manchmal sind nur wenige Geräte in einer Art proprietärem Netzwerk miteinander verbunden oder die Netzwerkdienste sind in einer Blackbox mit dem Gerät gebündelt. Die gängigsten seriellen Schnittstellen für den Datenaustausch sind RS-232, RS-422 und und RS-485 zum Verbinden von zwei oder mehr Geräten miteinander . Alle drei
Schnittstellen verwenden die Terminologie „Datenendgerät“ (DTE) und „Datenkommunikationsgerät“ (DCE) (Abbildung 4-2). Das DTE ist die Komponente, die mit einer anderen Komponente an einem anderen Ort kommunizieren möchte, z. B. ein PC, der mit einem anderen PC kommuniziert. Die DCE ist die Komponente, die tatsächlich die Kommunikation durchführt oder die in den Normen beschriebenen Funktionen des Generators und Empfängers ausführt. Ein Modem ist ein gängiges Beispiel für eine DCE. Bildunterschrift Titel Die
Schnittstellen zwischen DTE und DCE lassen sich nach mechanischen, elektrischen, funktionalen und verfahrenstechnischen Aspekten kategorisieren. Mechanische Spezifikationen definieren die Arten von Steckverbindern und die Anzahl der Pins. Elektrische Spezifikationen definieren Leitungsspannungen und Wellenformen sowie Fehlermodi und Auswirkungen. Funktionale Spezifikationen umfassen Timing, Daten, Steuer- und Signalerdungen sowie die Pins, die für die Funktionen verwendet werden sollen. Die verfahrenstechnische Schnittstelle legt fest, wie Signale ausgetauscht werden. RS-485 ist ein weiteres Verfahren
zur seriellen Datenübertragung. Offiziell handelt es sich um EIA 485 oder „Standard for Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems” (Standard für die elektrischen Eigenschaften von Generatoren und Empfängern zur Verwendung in symmetrischen digitalen Mehrpunktsystemen) der Electronics Industry Association (EIA). Dieser Standard definiert eine Methode zur Erzeugung von Einsen und Nullen als Spannungsimpulse. Denken Sie daran, dass bei der gesamten Datenverarbeitung, Framing, Paketierung, Weiterleitung und Adressierung, die von den
oberen Schichten durchgeführt wird, es immer noch darauf hinausläuft, Einsen und Nullen über bestimmte physikalische Medien zu übertragen. Wichtig zu wissen über RS-485 ist, dass es mehrere Empfänger und Generatoren zulässt und die Kabeleigenschaften in Bezug auf Signalgeschwindigkeiten und -längen festlegt. Ein typisches Kabel ist ein abgeschirmtes verdrilltes Kupferpaar, das für die typische Signalrate von 10 Millionen Bit pro Sekunde (Mbps). Dieser Standard definiert nur die elektrischen Eigenschaften der Wellenformen. Beachten Sie, dass RS-485 keine Mediensteuerungsfunktionen festlegt – dies ist ausschließlich Sache des an den Generator angeschlossenen Geräts

(in der Regel ein

Chip). RS-485 eignet sich im Allgemeinen für Kabellängen von bis zu 2.000 Fuß. Ein Beispiel für ein einfaches serielles Netzwerk könnte eine Reihe von Rekordern sein, die über eine RS-485-Verbindung mit einem PC verbunden sind, der die von jedem Rekorder erfassten Daten empfängt. Der Hersteller verkauft eine Steckkarte, die in jeden Rekorder eingebaut wird, zusammen mit einer Verdrahtungsanleitung. Jede Netzwerkkarte ist über eine Reihe abgeschirmter Twisted-Pair-Kabel,
die letztendlich an einer Netzwerkkarte im PC enden, mit den anderen in Reihe geschaltet. Es ist nicht wirklich notwendig, die Netzwerkschichten in dieser Anordnung zu kennen und zu verstehen, außer um die Einschränkungen von RS-485 (Entfernung, Abschirmung, Datenrate usw.) zu
verstehen. Der RS-422-Standard trägt den Titel TIA/ EIA 422 B, „Electrical Characteristics of Balanced Voltage Digital Interface Circuits” (Elektrische Eigenschaften von symmetrischen digitalen Schnittstellenschaltungen) der Telecommunications
Industry Association (in Zusammenarbeit mit der EIA). Er ähnelt dem RS-485-Standard, wobei die Hauptunterschiede in den Anstiegszeiten und Spannungseigenschaften der Wellenform liegen. RS-422 erlaubt im Allgemeinen Kabellängen von bis zu 1,2 Kilometern bei bis zu 100.000 Bit pro Sekunde (kbps). Bei 10 Millionen bps (Mbps) sind die Kabellängen auf etwa 10 Meter begrenzt (Abbildung 4-3). Bei Kabelungleichgewichten oder hohen Gleichtaktstörungen kann die Kabellänge weiter reduziert werden, um die
gewünschte Signalrate aufrechtzuerhalten. Bildunterschrift Titel RS-232C ist wahrscheinlich die gängigste Form des seriellen Datenaustauschs. Die offizielle Bezeichnung lautet EIA/TIA 232 E, „Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment Employing Binary Data Interchange” (Schnittstelle zwischen Datenendgeräten und Datenleitungsabschlussgeräten unter Verwendung binärer Datenaustausch), ebenfalls von der TIA in Zusammenarbeit mit der EIA. Das Suffix „E”
bezeichnet eine spätere Version als die gängige „C”-Version. Was diesen Standard von RS-422 und RS-485 unterscheidet, ist, dass er sowohl die mechanischen als auch die elektrischen Schnittstellen definiert. RS-232 eignet sich für Signalraten von bis zu 20 kbps bei Entfernungen von bis zu 50 Fuß . Eine Null (Leerzeichen) und eine Eins (Markierung) werden anhand der Spannungsdifferenz zum Signalgemeinsamen (+3 V DC = 0, -3 V DC = 1) gemessen. Die gängigsten mechanischen Schnittstellen sind die D-Sub-9- und D-Sub-25-Stecker. Die Austauschschaltungen (Pins) in RS-232-Geräten lassen sich in vier Kategorien einteilen: Signalgemeinsamkeit, Datenschaltungen (gesendete Daten, empfangene Daten), Steuerschaltungen
(d. h. Sendeanforderung, Sendefreigabe, DCE bereit, DTE bereit) und Zeitsteuerungsschaltungen. Die oben beschriebenen Standards werden alle in seriellen Kommunikationssystemen verwendet, die für größere Entfernungen ausgelegt sind. Es gibt eine gängige parallele Schnittstelle, die als General Purpose Interface Bus (GPIB) oder IEEE-488

bekannt ist.

Bis zu 15 Geräte können miteinander vernetzt werden, in der Regel PCs und wissenschaftliche Geräte oder Instrumente. Sie bietet eine hohe Datenübertragungsrate von bis zu 1 Mbit/s, ist jedoch in ihrer Länge begrenzt. Die zulässige Gesamtlänge des Busses beträgt 20 Meter, wobei der Abstand zwischen den Geräten nicht mehr als 4 Meter betragen darf. Der IEEE-488-Bus ist eine Multidrop-Parallelschnittstelle mit 24 Leitungen, auf die alle Geräte zugreifen können. Die Leitungen sind in Datenleitungen, Handshake-Leitungen, Busmanagement-Leitungen und Erdungsleitungen gruppiert. Die Kommunikation erfolgt digital, und die Nachrichten werden byteweise gesendet. Der Stecker ist ein
24-poliger Stecker; Geräte am Bus verwenden Buchsen, während Verbindungskabel passende Stecker haben. Ein typisches Kabel verfügt über Stecker und Buchsen, um eine Verkettung zwischen Geräten zu ermöglichen. Ein Beispiel für eine IEEE-488-Implementierung ist ein Messsystem
zur Bewertung der Leistung eines chemischen Probenabflusses. Der Sink führt die Probenkonditionierung (Druck-, Durchfluss- und Temperaturregelung) und die chemische Analyse (pH-Wert, gelöster Sauerstoff und Leitfähigkeit) von Wasserproben durch. Der Sink ist mit Drucksensoren, Widerstandsthermometern (RTDs), Thermoelementen und
Referenzstellen ausgestattet. Ein 30-Punkt-Scanner wird verwendet, um Daten von allen Sensoren zu multiplexen. Der Scanner ist über die GPIB-Schnittstelle mit einem Desktop- oder Laptop-PC verbunden. Die Daten werden unter IEEE-488 effizient und zuverlässig mit Anwendungen auf dem PC erfasst, gespeichert, angezeigt und reduziert. Das zur Implementierung der physikalischen Schicht verwendete
Medium ist in der Regel ein Satz Kupferdrähte. Ungeschirmte Twisted-Pair-Kabel (UTP) sind am kostengünstigsten. Sie sind leicht, einfach zu verlegen, leicht anzuschließen und benötigen weniger Platz in der Kabelrinne als geschirmte Twisted-Pair-Kabel (STP). Allerdings sind sie anfälliger für elektromagnetische Störungen (EMI). Bildunterschrift Titel STP ist schwerer und schwieriger herzustellen, kann jedoch die Signalrate in einem bestimmten Übertragungsschema erheblich verbessern (Abbildung 4-4.). Durch die Verdrillung werden
magnetisch induzierte Felder und Ströme auf einem Leiterpaar aufgehoben. Magnetfelder entstehen in der Umgebung anderer stark stromführender Leiter und großer Elektromotoren. Es sind verschiedene Qualitäten von Kupferkabeln erhältlich, wobei die Qualität 5 die beste und teuerste ist. Kupfer der Qualität 5, das für Anwendungen mit 100 Mbit/s geeignet ist, hat mehr Verdrillungen pro Zoll als niedrigere Qualitäten. Mehr

Verdrillungen pro

Zoll bedeuten mehr lineare Fuß Kupferdraht, der für die Herstellung eines Kabelstrangs verwendet wird, und mehr Kupfer bedeutet mehr Geld. Die Abschirmung bietet eine Möglichkeit, elektrische Felder, die um Kabel herum vorhanden sind, zu reflektieren oder zu absorbieren. Abschirmungen gibt es in verschiedenen Formen, von Kupfergeflechten oder Kupfergittern bis hin zu aluminisiertem Mylar-Band, das um jeden Leiter und erneut um das verdrillte Paar gewickelt wird. Glasfaserkabel werden immer häufiger eingesetzt, da die Anwendungen der Nutzer immer höhere Bandbreiten erfordern. Der Begriff „Bandbreite” bezeichnet technisch
gesehen die Differenz

zwischen der

höchsten und der niedrigsten Frequenz eines Übertragungskanals in Hertz (Hz). Im Allgemeinen bezeichnet er die Kapazität oder Datenmenge, die über einen bestimmten Schaltkreis übertragen werden kann. Eine Bandbreite von 100 Mbit/s ist bei Glasfaserkabeln Standard. Als Glasfaserkabel erstmals eingeführt wurden, kamen sie aufgrund ihrer hohen Kosten und der schwierigen Verarbeitung nur für spezielle Anwendungen in Frage. In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach höherer Bandbreite in Verbindung mit einfacher zu verarbeitenden Glasfaserkabeln zu einer zunehmenden Verbreitung geführt. Werkzeuge und Schulungen für die Installation und Fehlerbehebung
von Glasfaserkabeln

sind leicht verfügbar. Es gibt drei grundlegende Arten von Glasfaserkabeln: Multimode-Stufenindex, Multimode-Gradientenindex und Singlemode. Multimode-Glasfasern werden in der Regel durch LEDs an jedem Ende des Kabels angesteuert, während Singlemode-Glasfasern in der Regel durch Laser angesteuert
werden. Singlemode-Glasfasern können viel höhere Bandbreiten als Multimode-Glasfasern erreichen, sind jedoch dünner (10 Mikrometer) und physikalisch schwächer als Multimode-Glasfasern. Die Kosten für die Ausrüstung zur Übertragung und zum Empfang von Singlemode-Glasfasersignalen sind viel höher (mindestens viermal so hoch) als für Multimode-Signale. Ein deutlicher Vorteil von Glasfaserkabeln ist ihre Störfestigkeit. Glasfaserkabel können ohne Bedenken durch Bereiche mit hoher Störungsanfälligkeit verlegt werden, wobei jedoch die Brandschutzvorschriften zu beachten sind. Kabel, die durch mehrere Räume in einer Anlage verlaufen, sollten

für Heizungs-/Lüftungs-/Klimaanlagen (HVAC) zugelassen sein, wo sie gemäß den Anforderungen der National Fire Protection Association (NFPA) feuerbeständig sein müssen. Netzwerktopologien Der Begriff Topologie bezieht sich auf die Methode, mit der Komponenten in einem Netzwerk verbunden werden. Die gängigsten Topologien sind Ring-, Bus- und Sterntopologien (Abbildungen 4-5, 4-6 und 4-7), aber sie können das Aussehen der
jeweils anderen annehmen und dennoch ihre Eigenschaften beibehalten. Beispielsweise kann ein Token-Ring-Netzwerksegment in einer Sternkonfiguration verkabelt werden, bei der die Komponenten zu
einem Hub zurückgeführt werden, wobei sich der Ring „innerhalb” des Hubs befindet. Dies ermöglicht einen gemeinsamen Verteilerschrank für ein bestimmtes Gebäude oder einen bestimmten Bereich mit

Home-Run-Kabeln für

jede Komponente. Ein Hub bietet die Vorteile einer zentralisierten Wartung und Konfigurationskontrolle. Bildunterschrift Titel Token-Busse und -Ringe Die MAC-Funktionen von Token-Ringen und -Bussen sind ähnlich. ARCnet, entwickelt von der Datapoint Corp. in den 70er Jahren, ist ein Token-Passing-Protokoll, das in einer Bus- oder Sterntopologie unter Verwendung von Koaxial- oder UTP-Kabeln implementiert werden kann. Ein „Token” wird im Bus oder Ring weitergereicht. Der Knoten,
Token hat, darf über das Medium kommunizieren. ARCnet läuft mit 2,5 Mbit/s und folgenden Längen: 400 Fuß mit 10 Knoten unter Verwendung von UTP; 2.000 Fuß mit einer praktischen Begrenzung auf bis zu 100 Knoten unter Verwendung eines RG-62-Koaxialkabels in einer koaxialen Sternkonfiguration (unter Verwendung eines oder mehrerer Hubs); und 1.000 Fuß mit 10 Knoten pro 1.000-Fuß-Segment unter Verwendung eines RG-62-Koaxialkabels. Bildunterschrift Titel ARCnet verwendet aktive und passive Hubs in Sternkonfiguration mit Netzwerkkarten auf den Geräten, die über Schalter zum Einstellen der Knotennummern verfügen. Der Knoten mit der niedrigsten Nummer ist der Master-Controller, der jedem Knoten anhand seiner Nummer die

IEEE-802.5, läuft mit 4 oder 16

Mbps. Die

Knoten im Ring sind

mit einer Multi-Station Access

sind nicht mehr

als 30 Knoten zulässig. An jedem Ende eines Segments sind 50-Ohm-Abschlusswiderstände erforderlich. Die 10BaseT-Implementierung verwendet UTP-Kabel, wobei die besten Ergebnisse mit Kupferkabeln der Kategorie 5 erzielt werden. Die Knoten sind
in einer Sternkonfiguration mit einem Hub verbunden. Die maximale Länge eines Segments beträgt 100 Meter. Die 10BaseFL-Implementierung verwendet 50-, 62,5- oder 100-Mikrometer-Multimode-Glasfaserkabel. Für den Anschluss an Netzwerkkarten, die keine Glasfaser unterstützen, sind Glasfaser-Transceiver erhältlich. Mit Repeatern können 10Base5-Segmente bis zu einer Länge von 2.500 Metern miteinander verbunden werden. und Komponenten und kleinere Netzwerke können mit Schnittstellengeräten miteinander verbunden werden, um die verschiedenen
Medientypen zu einem größeren Netzwerk zusammenzufassen. Der IEEE-802.3-Standard umfasst mehrere CSMA/CD-Implementierungen mit Längen von bis zu 925, 2.500 und 3.600 Metern. Die zulässige Anzahl von Knoten richtet sich nach den Hardware- und Leistungsanforderungen des Netzwerkbetriebssystems. Mehr Knoten und ein höheres Datenaufkommen bedeuten ein höheres Kollisionspotenzial. Die Netzwerkleistung kann gerade dann sinken, wenn Sie sie am dringendsten benötigen, z. B. während einer Anlagenumstellung, wenn der Datenfluss und die Betätigung von Steuerelementen hoch sind. Ethernet oder CSMA/CD ist für 1, 10 und 100 Mbit/s
ausgelegt, wobei 10 Mbit/s derzeit am häufigsten verwendet werden. Einige Anbieter bieten „schnelles”
Ethernet mit 100 Mbit/s an, das mit bestehenden 10-Mbit/s-Implementierungen kompatibel ist. 100BaseT ist im Wesentlichen 10BaseT, nur zehnmal schneller. Beide verwenden dieselbe MAC-Schicht. Bei höheren Geschwindigkeiten sollten Implementierungen Rundlaufverzögerungen für
Kollisionen berücksichtigen. Schließlich ist auch eine drahtlose Ethernet-Implementierung verfügbar. Sie unterstützt Datenraten von bis zu 3 Mbit/s in offenen Räumen bis zu einer Entfernung von 3.000 Fuß und in Innenräumen von 200 bis 600 Fuß, wobei in Innenräumen keine Sichtverbindung erforderlich
ist. Zur Verbindung von Zellen stehen drahtlose Repeater und Brücken zur Verfügung. Entscheidungen bezüglich der Topologien (LAN) und
MAC-Protokolle können sich über Jahre hinweg auf die Art und Weise auswirken, wie ein Netzwerk verwaltet wird. Eine neue Einrichtung kann mit modernsten Netzwerkkomponenten
und Gebäudeverkabelungsgeräten verkabelt werden, aber der Netzwerkadministrator oder Anlageningenieur sieht sich in der Regel mit einer bestehenden Infrastruktur konfrontiert, in der die Optionen durch die installierten Medien eingeschränkt sind. Beispielsweise kann ein altes, stillgelegtes 4-20-mA-Gleichstrom-STP-Kabel immer noch für die Implementierung von 10BaseT-Ethernet verwendet werden, wodurch erhebliche Projektkosten eingespart werden können. Oder es kann ein neues Glasfaserkabel mit Multimode-Fasern für das diesjährige Projekt mit geringer Bandbreite gekauft werden, wobei noch Single-Mode-Fasern für zukünftige Anwendungen mit hoher Bandbreite übrig bleiben. Token-Passing- und CSMA/CD-Protokolle bieten interessante Vergleichsmöglichkeiten. Token Passing bietet ein vorhersehbares Zugriffsfenster mit konsistenter Leistung in großen, stark ausgelasteten Netzwerken, aber die Knoten müssen auf das Token warten, und große Ringe können zu erheblichen Verzögerungen führen. CSMA/CD ermöglicht es einem Knoten, sofort zu senden, wenn

das Netzwerk ruhig

ist, aber die Leistung kann unvorhersehbar sein und hängt von der Wahrscheinlichkeit von Kollisionen ab. Aufrüstbarkeit und Wachstum sind zwei Bereiche, die bei jedem neuen Segment oder jeder Änderung an einem bestimmten Segment berücksichtigt werden sollten. Die Herausforderung besteht darin, die Netzwerkanforderungen im Auge zu behalten,
wenn neue Anwendungen hinzukommen, und die richtige Bandbreite und Aufrüstbarkeit für den jeweiligen Preis auszuwählen. Aufstieg in die höheren Schichten Bisher wurde die physikalische Schicht beschrieben,
mit implizierten Funktionen auf der Datenverbindungsschicht und der Netzwerkschicht. Zwei Geräte können über eine einfache RS-485-Verbindung kommunizieren oder Teil eines größeren LAN mit komplexen Medienzugriffskontrollen sein. Die einzige Funktion der Datenverbindungsschicht besteht darin, Daten von einem Knoten zum nächsten weiterzuleiten. Die Datenverbindungsschicht kann zwei Knoten oder Geräte mit einer „Brücke” verbinden. Frühe Brücken verbanden nur zwei Segmente eines Netzwerks mit demselben Protokoll (wie CSMA/CD oder Token

Passing). Heute gibt es

intelligente Brücken, die unterschiedliche Protokolle verbinden und Datenpakete selektiv weiterleiten können. Je nach Größe des Netzwerks (Weitverkehrsnetzwerk vs. lokales Netzwerk; WAN vs. LAN) und der Auswahl des Protokolls/Mediums
gibt es verschiedene Leistungsstufen der Datenverbindung. Die Netzwerkschicht leitet e

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