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Netzwerke
Netzwerke sind Kommunikationssysteme, mit denen verschiedene Geräte untereinander verbunden werden, um Daten (z. B. Steuerdaten) untereinander auszutauschen. Im Bereich der Lichtsteuerung werden heute hauptsächlich zwei Netzwerktypen eingesetzt:
- DMX-Netzwerke
- Ethernet-Netzwerke
Dabei ergänzen sich diese beiden Netzwerktypen. DMX-Netzwerke werden verwendet, um Steuerdaten über eine DMX-Verbindung ausgehend von einem Sender (wie z. B. einer Lichtkonsole) zu mehreren Empfängern (wie z. B. Dimmer oder Moving-Light-Scheinwerfer) zu übertragen. Mithilfe von einem Ethernet-Netzwerk können wiederum eine Vielzahl von DMX-Verbindungen über eine einzelne Ethernet-Verbindung übertragen werden. Über ein Ethernet-Netzwerk lassen sich ebenfalls verschiedene Sender (wie z. B. eine Lichtkonsole) miteinander verbinden.
Beide Netzwerktypen, DMX und Ethernet, machen dabei nichts anderes als eine gleichzeitige Übertragung von mehreren Kanälen pro Verbindung. Bei DMX sind es 512 einzelne Steuerkanäle mit einer Auflösung von 8 Bit pro Kanal. Dies entspricht einer Abstufung von 256 verschiedenen Einzelwerten pro Kanal. Eine Ethernet-Verbindung ist um den Faktor 40 (bei 10BaseT mit 10 Mbit/s, 400 bei 100BaseT mit 100 Mbit/s) schneller als eine DMX-Verbindung, sodass über eine Ethernet-Verbindung theoretisch bis zu 40 (400) DMX-Verbindungen gleichzeitig und in Echtzeit übertragen werden können. In der Praxis wird jedoch empfohlen, bei mehr als 20 DMX-Verbindungen ein Netzwerk mit mindestens 100 Mbit/s zu verwenden. Im Gegensatz zu DMX-Netzwerken können sich bei Ethernet-Netzwerken Sender und Empfänger in Echtzeit miteinander unterhalten.
Der Begriff Echtzeit kommt aus der Automationstechnik und bedeutet im Wesentlichen, dass insbesondere bei sicherheitsrelevanten Aufgaben sichergestellt wird, dass diese innerhalb einer sehr kurzen Zeit immer wieder abgearbeitet werden. Bei der Lichtsteuerung wird der Begriff etwas erweitert und heißt, dass die vom Sender gesendeten Daten praktisch verzögerungsfrei beim Empfänger ausgewertet werden können. Kommt es zu Verzögerungen im Netzwerk, dann macht sich das z. B. durch Bildruckeln bemerkbar, wenn eine LED-Wand mit bewegten Bildern von einem Media-Server versorgt wird. Verzögerungen können durch lange Signallaufzeiten oder durch auf dem Übertragungsweg verloren gegangene Datenpakete entstehen. Im Wesentlichen sagt die Echtzeit aus, dass die DMX-Daten mit der gleichen Geschwindigkeit über das Netzwerk transportiert werden wie ohne Netzwerk. Durch die vergleichsweise große Bandbreite einer Ethernet-Verbindung ist dies jedoch problemlos möglich.
Ethernet wird auch verwendet, um Daten wie MIDI-Signale oder Email- und Webprotokolle (Internet) zu übertragen. In einer Produktionsumgebung sollten jedoch nur produktionsrelevante Daten über ein Netzwerk übertragen werden. Eine Übertragung von z. B. Emails oder Webseiten über ein Ethernet-Netzwerk zur Lichtsteuerung bewirkt eine Verkleinerung der Bandbreite und kann unter bestimmten Umständen dazu führen, dass das Netzwerk zusammenbricht. Ein Ethernet-Netzwerk zur Lichtsteuerung sollte immer ein geschlossenes System mit richtig dimensionierten Netzwerkkomponenten sein, damit jederzeit eine Datenübertragung in Echtzeit garantiert werden kann. Das Datenaufkommen in einem Ethernet-Netzwerk zur Lichtsteuerung ist im Gegensatz zum Internet überschaubar, da es in der Regel einen Sender gibt (z. B. eine Lichtkonsole oder einen Media-Server) und eine Reihe angeschlossener Empfänger, die nichts anderes machen, als die empfangenen Daten auszuwerten. Diese Form der Netzwerk-Kommunikation wird auch als Broadcast-Kommunikation bezeichnet. Im Bereich der Lichtsteuerung über Ethernet wird oft auch die Multicast-Kommunikation verwendet, die z. B. in grandMA-Netzwerken eingesetzt wird.
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DMX512
1986 wurde von der USITT das DMX-Protokoll entwickelt, das 1990 in etwas veränderter Form als USITT-DMX512-(1990)-Standard verabschiedet wurde. In Deutschland wird dieses Protokoll in der DIN 56930 Teil 2 beschrieben. Gebräuchliche Bezeichnungen sind heute DMX512- oder DMX-Protokoll. Die Bitübertragung lehnt sich an die RS485- bzw. RS422a-Norm an, welche die elektrische Schnittstelle beschreibt.
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Bit- und Spannungszuordnung
Der Datenstrom wird asynchron (Daten plus Start- und Stop-Bit) seriell über ein zweiadriges verdrilltes Kupferkabel gesendet. Die Signalspannung beträgt 0 V bis 5 V. Aufgrund der festen Zuordnung zwischen den Bit- und Signalzuständen muss auf richtige Polung der einzelnen Adern geachtet werden. Bei falscher Polung wird der Bitstrom invertiert und kann vom Empfänger nicht mehr interpretiert werden.
| Bit – Zustand | Signalspannung | |
|---|---|---|
| 1. Ader | 2. Ader | |
| 0 | 0 V | + 5 V |
| 1 | + 5 V | 0 V |
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Steckerbelegung
Um eine eindeutige Polung der Einzeladern zu gewährleisten, wurde als Standardsteckverbinder ein 5-poliger XLR-Steckverbinder festgelegt. Aus Kostengründen sind heute sowohl 3- wie auch 5-polige XLR-Stecker im Einsatz, wobei die 3-poligen XLR-Stecker nicht genormt sind. Geräte mit anderen als 5-poligen XLR-Steckverbindern dürfen nicht mit der Aufschrift „DMX512“ versehen werden, da sie mit dieser Bestückung weder der amerikanischen, noch der deutschen Norm entsprechen. Trotzdem haben sich 3-polige Steckverbinder und Geräteanschlüsse im Laufe der Zeit durchgesetzt und werden heute, wahrscheinlich hauptsächlich aus Kostengründen und der einfacheren Handhabung, oft eingesetzt. Bei 3-poligen XLR-Steckern fehlen Pin 4 und 5. Es wurde festgelegt, dass XLR-Stecker (male) der DMX-Input (Empfänger) und XLR-Buchsen (female) der DMX-Output (Sender) sind.
Des Weiteren gibt es herstellerspezifische Besonderheiten. Bei einigen älteren Geräten der Firma Martin Professional ist die Belegung der Pins 2 und 3 vertauscht, was in einer Produktionsumgebung zu großer Verwirrung führen kann.
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Leitungsdimensionierung und -abschluss
Laut der RS485- bzw. RS422a-Norm können Kabellängen von bis zu 1200 m und Datenraten bis zu 2,5 MBit/s erreicht werden. Im USITT-DMX512-(1990)-Standard wird jedoch empfohlen, die Kabellänge einer DMX-Datenleitung nicht länger als 300 m auszuführen. Ebenfalls beträgt die Datenrate bei DMX512 nur 250 kBit/s.
Bei einer Datenrate von 250 kBit/s ist die Grundfrequenz des Signals 125 kHz. Da es sich um digitale Signale handelt, sind in dem Signal laut der mathematischen Fourier-Transformation höhere Frequenzanteile bis in den MHz-Bereich enthalten. Diese hohen Frequenzanteile bewirken eine steilere Flanke der einzelnen Bits, durch die der Empfänger die einzelnen Bits besser identifizieren kann. DMX-Datenleitungen verhalten sich wegen der hohen Frequenzanteile nach den Gesetzmäßigkeiten der Hochfrequenztechnik.
Die digitalen Signale bewegen sich mit ca. 60% der Lichtgeschwindigkeit durch das Kabel. Ein Teil des Signals wird am Kabelende (Übergang von einem Medium in ein anderes) wie an einem Spiegel reflektiert und auf den Signalweg zurück geworfen. Dem eigentlichen Nutzsignal wird ein durch die Reflektion erzeugtes Störsignal überlagert. Diese Überlagerung kann dazu führen, dass einzelne Bits vom Empfänger nicht mehr eindeutig identifiziert werden, weil diese, z. B. durch die Überlagerung mit dem Störsignal, ihre charakteristischen Merkmale verlieren. Die Überlagerung des Störsignals auf das Nutzsignal hängt sehr stark von den Eigenschaften des Kabels (Frequenzgang, Wellenwiderstand) und dessen Länge ab. Die Länge des Kabels beeinflusst die Laufzeitunterschiede zwischen dem Nutzsignal und dem Störsignal und damit die Art der Signalüberlagerung.
Die Reflektion eines Nutzsignals am Ende einer Leitung kann durch einen Abschlusswiderstand unterbunden werden. Der Abschlusswiderstand „schluckt“ die am Kabelende verbleibende Energie, sodass keine Reflektionen entstehen können. Der Abschlusswiderstand muss im Wert dem Wellenwiderstand (Impedanz) der Übertragungsleitung entsprechen. Laut Standard beträgt der Wellenwiderstand von DMX-Datenleitungen 120 Ohm.
Jedes Übertragungskabel hat bestimmte kapazitive und induktive Eigenschaften, die abhängig vom Wellenwiderstand sind. Diese Eigenschaften erzeugen Schwingungen am Anfang oder Ende eines Bits und runden die Kanten der einzelnen Bits ab. Dem Empfänger wird es damit schwer gemacht, die einzelnen Bits eindeutig zu identifizieren. Abhilfe schafft ein mit dem richtigen Wellenwiderstand versehener Abschlusswiderstand, der diese Effekte mindert. Der Abschlusswiderstand mindert ebenfalls von außen auftretende Störsignale, die z. B. durch das Übersprechen aus anderen Leitungen entstehen.
Für eine korrekte Signalübertragung sind Maßnahmen notwendig, die auch in der Hochfrequenztechnik zur Anwendung kommen:
⟶ Eine korrekte Leitungsimpedanz und Leitungsdimensionierung, um Dämpfungen im Kabel zu minimieren
Als Signalkabel werden Kabeltypen empfohlen, die auch bei der digitalen Tontechnik verwendet werden. Insbesondere sind damit Kabel nach AES/EBU-Norm mit einem Wellenwiderstand von 110 Ohm (bzw. 120 Ohm) oder CAT-5-Kabel aus der Computertechnik gemeint. Beim Einsatz von CAT-5-Kabeln für eine DMX-Übertragung muss das Kabel angeschirmt sein. Mikrofonkabel für Sprache, die gute Übertragungseigenschaften im Frequenzraum von 20 Hz bis 20 kHz haben, reichen, bezogen auf digitale Signale, wegen der niedrigen Grenzfrequenz von 20 kHz für eine DMX-Übertragung nicht aus.
⟶ Richtigen Leitungsabschluss, um Signalreflektionen am Leitungsende zu minimieren
Eine DMX-Verbindung erlaubt den Anschluss von bis zu 32 Geräten an einen Sender. Bei Betrieb mit langen Leitungen oder bei Hintereinanderschaltung vieler Empfänger können sich am Endpunkt der Verbindung Reflektionen bilden (siehe oben) und damit eine Übertragung stören und beeinträchtigen. In diesem Fall sollte die Linie am Ende mit einem 120-Ohm-Abschlusswiderstand terminiert werden.
⟶ Saubere Verkabelung aller Geräte
In der Praxis zeigt sich heute, daß durch Verwendung von geeigneten Übertragungsleitungen und einer sauberen Verkabelung die Terminierung einer DMX-Verbindung nicht unbedingt notwendig ist. Dies kann unter anderem auch an einer guten Signalqualität des Senders liegen. Der Einsatz von Zwischenverstärkern (DMX-Boostern) zur Auffrischung der Signalqualität wirkt sich ebenfalls positiv aus.
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Digital Multiplex, Topologie und Adressierung
DMX ist die Abkürzung für „Digital Multiplex“. Dabei werden 512 Kanäle in einem Datenstrom, ausgehend von einem Senderausgang, übertragen. Der Datenstrom wiederholt sich alle 22,7 ms, damit beträgt die Refresh-Rate des Datenstroms 44,1 Hz. In der Theorie können 512 verschiedene Informationen für 512 verschiedene Geräte übertragen werden, in der Praxis jedoch belastet jedes angeschlossene Gerät die gemeinsame Datenleitung, sodass nur maximal 32 Geräte (nach RS485- bzw. RS422a-Norm) an einen Datenstrom angeschlossen werden dürfen.
Alle Geräte in einer DMX-Linie werden seriell, ausgehend von dem Ausgang (female XLR-Buchse) eines Senders (wie einer Lichtsteuerung) in einer Linie verkabelt. Üblicherweise haben Geräte zur Ansteuerung mit dem DMX-Protokoll einen XLR-Ein- und -Ausgang. Über DMX-Splitter oder DMX-Booster kann eine DMX-Linie in mehrere Stränge aufgeteilt werden. Splitter bzw. Booster verstärken oder regenerieren zusätzlich das DMX-Signal für alle nachfolgenden Geräte.
Jedes angeschlossene Gerät bekommt eine eindeutige Adresse zwischen 1 und 512 zugewiesen, die angibt, welcher der 512 DMX-Kanäle im Datenmultiplex beim Empfänger ausgewertet wird. Ist der Empfänger ein Dimmer, wird jedem Dimmerkanal ein DMX-Kanal zugewiesen. Der Dimmer wertet die Information in diesem Kanal aus und setzt die Daten in entsprechende Spannungswerte um. Multifunktionsscheinwerfer wie z. B. Moving Lights brauchen zur Ansteuerung aller Funktionen mehrere DMX-Kanäle eines DMX-Datenstroms. Jedem Gerät wird eine feste Startadresse zugeordnet. Von dieser Startadresse ausgehend wird, entsprechend der Funktionsvielfalt des Gerätes, eine bestimmte Anzahl von folgenden DMX-Kanälen (z. B. 10 DMX-Kanäle) ausgewertet.
Beim Einsatz von Multifunktionsscheinwerfern muss der Sender wissen, welche DMX-Kanalgruppen von einem speziellen Gerät belegt werden. Bei der Festlegung der Startadressen für Multifunktionsscheinwerfer dürfen keine Überschneidungen im Adressraum vorkommen. Wird dies nicht beachtet, werten Geräte DMX-Kanäle aus, die ihnen möglicherweise nicht zugeordnet sind. Bei der Adressierung kann flexibel vorgegangen werden. Dem letzten Gerät in einer Linie kann die erste Startadresse (DMX-Kanal 1) zugewiesen werden.
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Übertragungsprotokoll
Die DMX-Kanäle werden sequentiell übertragen, beginnend bei DMX-Kanal 1 aufsteigend bis max. DMX-Kanal 512. Jeder der 512 DMX-Kanäle kann einen Wertebereich von 0 - 100 % annehmen, wobei der Wertebereich mit 8 Bit codiert ist. Somit sind 28 = 256 verschiedene Bitwerte möglich. Bitwert 0 (oder HEX00) entspricht einem Wert von 0 %, Bitwert 255 (oder HEXFF) entspricht einem Wert von 100 %. Die 8 Datenbits (entspricht einem Datenbyte) werden von einem Startbit und zwei Stopbits flankiert. Das Startbit hat immer einen LOW-Zustand, die Stopbits immer einen HIGH-Zustand. Ein Datenwort umfasst 11 Bit und ist 44 μs lang, wobei jedes einzelne Bit für 4 μs anliegt. Die gesamte Übertragungsdauer für 512 Kanäle ergibt sich somit im besten Falle zu 88 + 8 + 44 + (512 × 44) = 22668 μs. Daraus ergibt sich eine maximale Refresh-Rate von 44,1 Hz (1/22668 μs).
Da das DMX-Protokoll Eigenschaften einer seriellen Schnittstelle hat, wird hier auch entsprechend die Terminologie serieller Schnittstellen verwendet, u. a. die Begriffe MARK für HIGH- oder „1“-Zustand und BREAK für LOW- oder „0“-Zustand. Im Ruhezustand liegt auf der Datenleitung ein MARK an. Der aktive Pegel ist ein BREAK.
Die Übertragung beginnt mit einem BREAK, der mindestens 88 μs Dauer aufweisen soll (2 Datenwortzeiten). Dieser BREAK wird als RESET-Signal interpretiert. Alle angeschlossenen Geräte (Empfänger) müssen auf einen RESET reagieren. Ein RESET beendet in jedem Falle eine laufende sowie eine nicht abgeschlossene Übertragung.
Der RESET wird von einem MARK gefolgt, der den Beginn der Datenübertragung signalisiert. Dieser MARK soll eine feste Länge von 8 μs nicht unterschreiten bzw. 1 s nicht überschreiten. Alle Empfänger müssen in der Lage sein, einen 8-μs-MARK-nach-BREAK zu erkennen und auszuwerten. Empfänger, die darüber hinaus auch in der Lage sind, einen 4-μs-MARK-nach-BREAK (gemäß DMX-512 Standard von 1990) erkennen und auswerten zu können, dürfen mit der Bezeichnung „DMX512/1990(4μs)“ bzw. „DMX512/DIN (4μs)“ gekennzeichnet werden.
Im Anschluss an den ersten 8-μs-MARK werden (n + 1)-Datenworte gesendet, welche die Daten für n Kanäle (mit nmax = 512) enthalten. Jedes Datenbyte wird von einem Startbit (BREAK) eingeleitet und mit zwei Stopbits (MARK) beendet. Dieses Übertragungsformat heißt 8N2. Das erste gesendete Datenbyte wird als Startbyte bezeichnet und hat den festen Wert 0 (HEX00). Um zukünftigen Erweiterungen Rechnung tragen zu können, sind auch Startbytes möglich, die einen anderen Wert als 0 haben. Für die Dimmersteuerung ist hingegen das Startbyte als 0 definiert. Angeschlossene Dimmer müssen alle nachfolgenden Daten ignorieren, wenn ein anderes Startbyte als 0 gesendet wird.
Nachdem der letzte gewünschte Wert gesendet wurde, kann die Übertragung abbrechen und die Datenleitung verbleibt auf Ruhepegel (MARK). Mit einem nachfolgenden RESET wird eine neue Übertragung eingeleitet. Zwei aufeinander folgende Übertragungen sollen nicht enger als 1196 μs (von Anfang des BREAKS bzw. RESETS bis Anfang des folgenden BREAKS bzw. RESETS) aufeinanderfolgen.
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Nachteile
Diese digitale Technik hat neben den vielen Vorteilen auch Nachteile. Durch die Serienschaltung aller Geräte erhalten bei einem Kabelbruch nachfolgende Geräte keine Daten mehr. Aus diesem Grund sollte die Anzahl der angeschlossenen Geräte in einem Strang begrenzt werden, um das Risiko eines Datenverlustes zu vermindern. Aufgrund der immer größer werdenden Komplexität der Endgeräte (wie z. B. Multifunktionsscheinwerfer) stößt das DMX-Signal an technologische Grenzen. Hier besonders zu nennen ist die begrenzte Anzahl von Kanälen pro Datenstrang, die fehlende Rückmeldefähigkeit der Empfänger und ein mangelnder Schutz bei Einstreuungen allgemeiner Störungen. Durch die beschränkte maximale Refresh-Rate von 44,1 Hz (22,7 ms) kann in der Praxis ein Betrieb mit weniger als 512 Adressen sinnvoll sein.
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Netzwerk-Topologien
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Ring-Topologie
Bei der Ring-Topologie werden mehrere Teilnehmer hintereinander in einer Datenlinie als Ring angeschlossen, so dass die Datenlinie nach dem letzten Teilnehmer wieder mit dem ersten Gerät verbunden ist. Die Anzahl der möglichen Geräte pro Datenlinie hängt dabei von den Übertragungseigenschaften des Netzwerksystems ab. Bei einem Ausfall eines Teilnehmers bricht das gesamte Netz zusammen, es sei denn, dass bestimmte Sicherungsmaßnahmen eingebaut wurden.
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Stern-Topologie
Bei der Stern-Topologie werden alle Endgeräte im Netzwerk mit einem zentralen Punkt verbunden. Es entsteht eine sternförmige Verkabelung, dessen Mittelpunkt ein Netzwerk-Switch (bzw. Netzwerk-Hub) oder DMX-Booster ist. Die sternförmig an einen DMX-Booster angeschlossenen DMX-Linien sind von da an ausgehend als Bus-Topologie angelegt. Heute verwendete Ethernet-Netzwerke wie 100BaseT (1000BaseT) mit Twisted-Pair-Verkabelung werden immer als Stern-Topologie ausgeführt.
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Bus-Topologie
Eine Bus-Topologie besteht aus einem Hauptkabel, dem Datenbus, an das alle Teilnehmer angeschlossen sind. Je nach Bussystem sind ein oder zwei Abschlusswiderstände zur Terminierung notwendig. Bei DMX kann man ebenfalls von einer Bus-Topologie sprechen, da alle Teilnehmer das gleiche Datensignal auswerten und das Datenkabel gegebenenfalls mit einem Abschlusswiderstand terminiert werden muss.
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Baum-Topologie
Technisch gesehen besteht die Baum-Topologie aus hierarchisch miteinander verbundenen Netzwerken mit Sterntopologie. Hierbei müssen Verbindungen zwischen einzelnen Netzwerkverteilern (Netzwerk-Switch) mittels eines Uplinks hergestellt werden. Uplink bezeichnet in Telekommunikationsnetzen generell die Datenflussrichtung „nach oben“.
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Peer-to-Peer-Netzwerk
Ein Peer-to-Peer-Netzwerk ist eine Direktverbindung von einem oder mehreren Computern (oder z. B. auch Lichtkonsolen) über ein Netzwerkkabel. Alle Teilnehmer sind gleichberechtigt, wobei eine flache Hierarchie entsteht, in der jeder angeschlossene Teilnehmer Zugriff auf die Ressourcen jedes anderen Teilnehmers hat.
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Client-Server-Netzwerk
In Client-Server-Netzwerken herrscht eine hierarchische Struktur, in der ein Administrator festlegt, auf welche Ressourcen ein individueller Benutzer Zugriff hat. Der Client ist dabei der Benutzer, der auf einen Server zugreift. Diese Struktur wird auch als Domäne (Domain) bezeichnet und ist ein Verbund von mehreren Rechnern, die gemeinsame Sicherheitsrichtlinien einhalten und in einer gemeinsamen Benutzerdatenbank verzeichnet sind.
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LAN (Local Area Network)
Ein LAN beschreibt ein Netzwerk, das sich in einem Gebäude oder einem fest umrissenen Gelände befindet. Ein LAN basiert in der Regel auf einem Netzwerk mit einem oder mehreren Servern (Client-Server-Netzwerke). Server sind zentrale Rechner, die alle Daten speichern und die Benutzer- und Netzwerkressourcen verwalten. LANs werden in hierarchischen Strukturen aufgebaut, die den Zugriff auf Dienste, Daten und Netzwerkressourcen einzelner Benutzer oder Benutzergruppen regeln. Eine sehr leistungsfähige Verbindung einzelner Computer kann mit einem Ethernet-Netzwerk realisiert werden. Ethernet-Netzwerke werden immer als Stern- und Baum-Topologie aufgebaut. Diese Installationsmethode ist sehr aufwändig, da von jedem Rechner ein eigenes Netzwerkkabel zu einem zentralem Hub/Switch (Knotenpunkt) verlegt werden muss. Netzwerke mit einer Stern-Topologie sind jedoch ausgesprochen immun gegen Netzwerk-störungen bei Ausfällen einzelner Rechner oder Verbindungskabel.
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WAN (Wide Area Network)
Ein WAN beschreibt ein Netzwerk, das auch über die Grenzen eines Gebäudes oder Geländes hinausgeht. Es entsteht aus der Kopplung mehrerer kleinerer, räumlich getrennter LANs. WANs können jedoch auch länderüberspannende oder globale Topologien besitzen.
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WLAN (Wireless Local Area Network IEEE 802.11b/g), WiFi
Anstelle von Netzwerkkabeln werden hier die Daten per Funksignal übertragen.
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Internet
Das Internet ist im Prinzip ein globales WAN. Dabei bilden die Netzwerkrouter verschiedener Firmen, Unternehmen und Institutionen ein weltumspannendes Netzwerk, an das Benutzer und Server angeschlossen sind. Ein wichtiges Merkmal des Internet ist die Verwendung des TCP/IP-Protokolls, mit dem alle Daten im Internet übertragen werden.
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Intranet
Das Intranet ist ein LAN oder WAN, bei dem ebenfalls das TCP/IP-Protokoll angewendet wird. Üblicherweise werden Intranets von Firmen oder Institutionen betrieben und sind für die Öffentlichkeit nicht zugänglich.
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VLAN
VLAN heißt Virtual LAN und bedeutet den Aufbau eines virtuellen (logischen) Netzwerkes innerhalb eines physischen Netzwerkes. Virtuelle Netzwerke können nur mit speziellen Switches (managed Switches mit VLAN-Funktion) hergestellt werden. Jedem virtuellen Netzwerk wird eine eindeutige Kennung (ID) zugeordnet. Ein oder mehrere virtuelle Netzwerke können beliebig den verschiedenen Ausgängen des Switches zugeordnet werden. Jedes Ethernet-Datenpaket, das durch den Switch geleitet wird, wird mit der Kennung des entsprechenden virtuellen Netzwerkes versehen. Dabei werden nur Datenpakete mit der gleichen Kennung innerhalb des virtuellen Netzwerkes vermittelt, Datenpakete mit der falschen Kennung werden ignoriert. So lassen sich über eine physische Ethernet-Verbindung mehrere virtuelle Verbindungen erstellen, die vollkommen getrennt voneinander vermittelt werden.
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Netzwerkverteiler und -geräte
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DMX-Booster
Ein DMX-Booster ist ein Zwischenverstärker, der das ankommende DMX-Signal verstärkt und parallel auf mehrere Ausgänge gibt. Vielfach sind die Ausgänge durch eine optische Isolierung vom Eingang getrennt, so dass Signalstörungen nicht mit übertragen werden.
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Hub
Der Hub ist ein Ethernet-Verteiler, über den alle angeschlossenen Geräte miteinander kommunizieren können. Dabei sind alle Ausgänge parallel geschaltet, d. h. sobald ein Rechner einen Datenstrom sendet, empfangen alle angeschlossenen Rechner diesen Datenstrom, auch wenn dieser nur für einen einzelnen Zielrechner vorgesehen ist. Bei hohem Datenaufkommen kann es dadurch zu Kollisionen kommen, welches ein Sinken der Übertragungsgeschwindigkeit des Netzwerkes zur Folge hat. Wegen der mittlerweile geringen Preise für Netzwerkkomponenten werden in der Praxis fast nur noch Netzwerk-Switchs verwendet, Netzwerk-Hubs finden nur noch selten Verwendung. Dies liegt auch daran, dass Hubs, im Gegensatz zu Switches, Störungen im Signal einfach weiterverteilen, wodurch das ganze Netzwerk beeinträchtigt werden kann.
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Switch
Ein Netzwerk-Switch ist ein „intelligenter“ Hub. Er schaltet auf Anforderung eines Rechners exklusiv eine Leitung zum Zielrechner, über die beide Rechner ungestört kommunizieren können. Dadurch wird die Anzahl der Kollisionen um ein Vielfaches reduziert, die Übertragungsgeschwindigkeit bleibt stabiler als bei einem Hub. Ebenso werden Signalstörungen, die von einem angeschlossenen Computer ausgehen, nicht über das gesamte Netzwerk verteilt. Über eine Zuordnungstabelle weiß der Switch, welche MAC-Adresse an den einzelnen Ports angeschlossen ist.
Es wird weiterhin unterschieden zwischen unmanaged und managed Switches. Ein unmanaged Switch bietet keinerlei Möglichkeiten der Benutzeranpassung und ist meistens sehr preiswert. Ein managed Switch besitzt eine eigene IP-Adresse, über die sich ein angeschlossener Rechner in den Switch einloggen kann und damit eine Vielzahl von Einstellungen ändern lassen. So lassen sich darüber Funktionen wie Spanning Tree und IGMP (Internet Group Management Protocol) konfigurieren.
Zudem sind managed Switches in der Regel von besserer Qualität als unmanaged Switches. Bei Switches ist es sehr wichtig, mit welcher Übertragungsgeschwindigkeit das interne Bussystem (Backplane) arbeitet. Bei einer nicht ausreichenden Übertragungsgeschwindigkeit können Netzwerkpakete verloren gehen. In Netzwerken zur Lichtsteuerung sollten nach Möglichkeit nur managed Switches eingesetzt werden, damit der Benutzer die Möglichkeit bekommt, die verschiedenen Netzwerkparameter zu beeinflussen und damit den optimalen Betrieb des Netzwerkes zu gewährleisten.
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Repeater
Ein Repeater (Verstärker) verstärkt ankommende Datenpakete und leitet sie 1:1 weiter, es findet keine Bearbeitung der Daten statt. Ein Repeater ist im OSI-Referenzmodell in Schicht 1 (Bitübertragungschicht) angesiedelt und kann als einfacher Signalverstärker angesehen werden. Über einen Repeater kann die maximale Leitungslänge eines Netzwerksegments verlängert werden oder zwei Teile eines Netzwerkes miteinander verbunden werden, unabhängig von den Kabeltypen der Einzelnetzwerke. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass beide Teilnetze mit dem gleichen Netzwerkprotokoll arbeiten.
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Bridge
Eine Bridge (Brücke) verbindet zwei Teilnetze miteinander. Dabei liest die Bridge die Zieladresse ankommender Datenpakete aus und entscheidet, in welchem Teilnetz sich die Zieladresse des Pakets befindet. Datenpakete werden nur ins andere Teilnetz übertragen, wenn die Zieladresse in dem Teilnetz auch vorhanden ist. Die Belastung beider Teilnetze sinkt bei Verbesserung der Performance. Eine Bridge arbeitet in der 1. und 2. Schicht des OSI-Referenzmodells und überträgt die Daten zwischen den Teilnetzen aufgrund der identifizierten MAC-Adressen. Die einzelnen Datenpakete werden bei der Übertragung nicht bearbeitet.
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Router
Ein Router (vermittelnder Netzwerkknoten) verbindet separate Netzwerke. Router werden ebenfalls eingesetzt, um aus einem Netzwerk mehrere kleine separate Netzwerke zu bilden. Ein Vorteil der Netzwerkteilung ist, dass jedes Einzelnetzwerk einen separaten Adressraum aufweist, sodass die gleiche Netzwerkadresse in beiden Netzwerken verwendet werden kann, ohne Konflikte zu erzeugen. Der Router ist mit einer eigenen Adresse Teilnehmer in beiden Teilnetzwerken, der nur Datenpakete in eins der beiden Teilnetzwerke versendet, wenn ihm die Zieladresse bekannt ist. Router können Datenpakete auch durch mehrere Teilnetzwerke auf dem kürzesten Weg zum Ziel befördern, da dem Router in der 3. Schicht des OSI-Referenzmodells die Informationen über Netzwerkadressen und Pfade zwischen allen Punkten des Netzwerkes zur Verfügung steht.
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Gateway
Ein Gateway (Tor, Einfahrt) ist ein Netzwerkübersetzer, der verschiedener Netze mit unterschiedlichen Hardware- und Softwarekonfigurationen sowie Protokollen verbindet. Die Gateway-Funktion arbeitet in Schicht 3 bis 7 des OSI-Referenzmodells und wird als Software realisiert, die sich oft auch in Routern befindet.
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irewall
Eine Firewall wird verwendet, um sensible Daten in einem Netzwerk vor unbefugtem Zugriff zu schützen. Eine Firewall wird im Verbindungsglied zweier Netzwerke (oder einem Netzwerk und einem Computer) eingebunden und blockiert die Kommunikation zwischen den Netzwerken, wenn bestimmte definierte Kriterien nicht erfüllt werden. Beim Einsatz einer Firewall als Paketfilter werden alle eingehenden Datenpakete auf Quell- und Zieladresse, Portnummer der TCP- und UDP-Pakete sowie die Richtung des Datentransfers kontrolliert. Anhand bestimmter Kriterien werden Datenpakete durchgelassen oder abgewiesen. Firewalls können in Routern, Gateways, Switches oder auch als Software auf einem Computer eingesetzt werden. Wesentlich sicherer ist eine Firewall in einem Application Gateway (Dual Homed Gateway). Zur Koppelung der Netzwerke sind hier jeweils separate Netzwerkanschlüsse mit eigenen Netwerkadressen vorhanden, wobei die eine Netzwerkadresse innerhalb des geschützten Netzwerks liegt und die andere Netzwerkadresse für die Kommunikation nach Außen zuständig ist. Nach Außen ist nur die Adresse des Application Gateways sichtbar, die inneren Netzwerkadressen bleiben verborgen. Ein Zugriff von außen kann nur über eine Identifizierung und Authentifizierung erfolgen.
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Grundlagen Ethernet
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OSI-Referenzmodell (ISO/OSI* 7-Schichtmodell)
Die Datenübertragung in einem Ethernet-Netzwerk wird zur besseren Anschauung in verschiedenen Ebenen anhand des OSI-Referenzmodells (oft auch bezeichnet als ISO/OSI 7-Schichtmodell) unterteilt. Jede Ebene ist dabei vollständig unabhängig und kann beliebig durch andere Inhalte (Funktionen) ausgetauscht werden, ohne das gesamte System zu beeinflussen. Schichten 1 bis 4 sind für den physikalischen Datentransport bis zum Endgerät zuständig, die Schichten 5 bis 7 sind rein anwendungsorientiert.
| Ethernet | DMX | |||
|---|---|---|---|---|
| Ebene | 7 | AnwendungsschichtApplication Layer | http, FTP, MA Net, ArtNet | DMXDataFrame |
| 6 | DarstellungsschichtPresentation Layer | ASCII, DMX, Videoerstes Packen/Entpacken | ||
| 5 | SitzungsschichtSession Layer | Parameter aushandelnOperating System Access | ||
| 4 | TransportschichtTransportation Layer | TCP/UDP KommunikationVerpackung in Datenpackete | ||
| 3 | VermittlungsschichtNetwork Layer | VermittlungsstelleAdresse hinzufügen, IP-Adresse | ||
| 2 | SicherungsschichtData-Link Layer | Fehlerkorrektur, Sicherungsmaßnahmen,LLC, MAC-Adresse | RS 422RS 485 | |
| 1 | Bitübertragungs-schicht Physical Layer | NetzwerkkartePhysikalische Schicht |
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CSMA/CD
Die Bezeichnung CSMA/CD ist die englische Abkürzung von Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect. Das ist ein Kollisionsverfahren, das die physikalische Grundlage für die Datenübertragung in Ethernet-Netzwerken darstellt. Alle angeschlossenen Rechner im Netzwerk sind zum gleichzeitigen Senden von Daten berechtigt. Um unweigerliche Kollisionen zu vermeiden, überprüft jeder Rechner vor dem Senden, ob im Netzwerk gerade Daten von einer anderen Station gesendet werden. Ist dies nicht der Fall, sendet ein Rechner seine Daten, alle anderen Rechner müssen warten. Es ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass im selben Moment ein zweiter Rechner anfängt zu senden, wobei es zu einer Datenkollision im Netzwerk kommt. Jeder Sender überprüft deshalb im Anschluss an das Versenden der Daten, ob die Sendung komplett und einwandfrei beim Empfänger angekommen ist oder durch eine Kollision zerstört wurde. Erhält der Sender keine positive Quittung des Empfängers, werden die Daten nach einer zufällig festgelegten Zeit erneut gesendet, so lange, bis die Sendung erfolgreich vom Empfänger quittiert wird. Je größer und komplexer ein Netzwerk wird, desto mehr Kollisionen treten beim Senden von Daten auf, wobei sich die Performance des Netzwerkes verschlechtert. Das CSMA/CD-Protokoll für Ethernet-Netzwerke ist in der IEEE 802.3 festgelegt.
* ISO = International Standard Organisation
OSI = Open System Interconnection (offenes Kommunikationssystem)
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TCP/IP
Das TCP/IP-Protokoll setzt auf das CSMA/CD-Protokoll auf und regelt die paketgebundene Datenübertragung zwischen zwei Computern. Das TCP/IP-Protokoll teilt die zu versendenden Daten in Pakete auf, die über unterschiedliche Kommunikationswege zum Empfänger geschickt werden können. Beim Empfänger werden die ankommenden Pakete wieder in der richtigen Reihenfolge angeordnet. Falls Pakete bei der Übermittlung verloren gegangen sind, werden diese vom Sender neu angefordert. Das TCP/IP-Protokoll übernimmt ebenfalls die Adressierung der an einer Datenübertragung beteiligten Computer.
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TCP
Das Transfer Control Protocol (TCP) zerstückelt zu sendende Daten zu Paketen und fügt diese nach der Übertragung wieder ordnungsgemäß zusammen. Ebenso regelt TCP die fehlerfreie Datenübertragung zwischen verschiedenen Rechnern in einem Netzwerk oder im Internet. Empfängt der Zielrechner ein fehlerhaftes Paket, fordert TCP vom Sender ein neues an. Dieses Verfahren wird auch „Three-Way-Handshake“ genannt.
Für verschiedene Dienste im Internet stellt TCP unterschiedliche Ports bereit, von denen es insgesamt 65536 gibt. Die ersten 1024 Ports bezeichnet man als Well-Known-Ports, bei denen festgelegt ist, welche Dienste diese anbieten sollen. Die Verbindungsaufnahme geschieht in der Regel über einen der Well-known-Ports, die eigentliche Kommunikation erfolgt jedoch meistens im Hintergrund über andere Ports.
Die verschiedenen Dienste (HTTP, FTP, SMTP, POP usw.) ihrerseits verwenden unterschiedliche Protokolle, nach denen die zu versendenden Daten codiert werden. Die von den Diensten codierten Daten werden an das TCP-Protokoll übergeben, das die Daten in kleine Pakete unterteilt, nummeriert und die Portnummer hinzufügt. Danach werden die Pakete an das IP-Protokoll übergeben, das an jedes Paket eine Absender- und eine Zieladresse anfügt. Durch diese IP-Adresse können alle an der Datenübertragung beteiligten Computer entscheiden, wohin die Pakete weitergeleitet werden sollen. Der Zielcomputer erkennt anhand der IP-Adresse die für ihn bestimmten Pakete. Der Zielcomputer entfernt mithilfe des IP-Protokolls die Adressdaten und übergibt die restlichen Daten dem TCP-Protokoll, das die Pakete nach Portnummern sortiert und anschließend in der richtigen Reihenfolge anordnet und dem zuständigen Dienst übergibt.
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UDP
Das User Datagram Protocol (UDP) ist wesentlich einfacher aufgebaut als TCP, da es ein verbindungsloses Protokoll ist. UDP verzichtet im Gegensatz zu TCP auf eine Bestätigung für erfolgreiche oder nicht erfolgreiche Versendung eines Datenpaketes. Probleme können entstehen, wenn auf dem Übertragungsweg Datenpakete verloren gehen. Durch eine entsprechende Fehlerberichtigung in der Anwendungsschicht (MA-Net, ArtNet) kann dieses Problem jedoch gelöst werden.
Der Vorteil von UDP ist der schnelle Datendurchsatz, da auf viele überflüssige Elemente von TCP verzichtet werden kann. Gerade bei großen Datenmengen ist der Transport mit UDP sehr schnell.
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IP
Das Internet Protocol legt die Adressierung der Computer im Netzwerk fest und kümmert sich um die Vermittlung und Weiterleitung der Datenpakete im Netzwerk. Jeder Computer erhält eine unverwechselbare, eindeutige Adresse, mit der er im Netzwerk angesprochen werden kann. Jede IP-Adresse in einem Netzwerk darf nur einmal verwendet werden!
Die IP-Adresse ist ein 32-Bit-Wert (4-Byte-Wert = 4 x 8 Bit) und wird dezimal in vier dreistelligen Zahlengruppen dargestellt, die durch drei Punkte voneinander getrennt sind (aaa.bbb.ccc.ddd). Jede der vier Zahlengruppen kann einen Wert zwischen 0 bis 255 annehmen (8 Bit). Die IP-Adressen werden global von der InterNIC (Network Information Center) vergeben, die regional von Unterorganisationen vertreten wird (in Deutschland durch die Denic).
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Adressklassen
Die IP-Adresse besteht aus einem Netzwerkteil, der eine grobe Beschreibung des Rechnerstandortes enthält, und einem Rechner- bzw. Host-Teil. Die beiden Teile der Adressen sind variabel, wodurch unterschiedliche Adressklassen entstehen. Die Adressklasse ist abhängig vom höchstwertigsten Bit im höchstwertigsten Byte der IP-Adresse.
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Private IP-Adressen
Bei den IP-Adressen wird zwischen öffentlichen IP-Adressen, die global zu erreichen sind, und privaten IP-Adressen, die für private Netzwerke reserviert sind, unterschieden. Die privaten IP-Adressen werden im Internet nicht geroutet und sind damit von dort auch nicht sichtbar und ansprechbar.
10.x.x.x = 1 Class-A-Adresse
172.16.x.x – 172.31.x.x = 16 Class-B-Adressen
192.168.x.x = 256 Class-C-Adressen
Die oben angegebenen IP-Adressen können für private Netzwerke beliebig häufig eingesetzt werden. Ist ein Netzwerk nicht mit dem Internet verbunden, können alle IP-Adressen verwendet werden.
Die Adresse 127.0.0.1 ist per Definition immer die Adresse des lokalen bzw. eigenen Rechners und wird mit dem Namen localhost bezeichnet. Laut Standard ist die Verwendung des Netzes 127.x.x.x unzulässig. Die Adresse 127.0.0.1 kann lediglich zur Überprüfung der Installation des eigenen Rechners verwendet werden.
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Subnetzmasken
Mithilfe der Subnetzmasken können aus einem größeren Netzwerk kleinere Unternetze gebildet werden. Dies geht jedoch auf Kosten der Anzahl der Rechner im Netz. Dabei wird die Zuordnung von Netzwerkteil und Host-Teil verändert. Die Subnetzmaske hat denselben Aufbau wie eine IP-Adresse (32 Bit). Per Definition sind alle Bits des Netzwerkteils auf 1, alle Bits des Host-Teils auf 0 zu setzen.
Diese Tabelle ist die „Default-Subnetzmaske“ und kann manuell überschrieben werden. Hierbei werden bitweise die „Nullen“ durch „Einsen“ ersetzt. Nun werden einzelne Bits, anstatt wie vorher einzelne Bytes, netzwerkrelevant. Jedes zusätzlich auf 1 gesetzte Bit verdoppelt die Anzahl der zur Verfügung stehenden Netze und halbiert die Anzahl der darin befindlichen Rechner. Subnetzmasken können beim Aufbau von Netzwerken für die Lichtsteuerung wegen in der Regel überschaubaren Systemkonstellationen vernachlässigt werden!
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Time-To-Live (TTL)
Time-To-Live oder TTL ist der Name eines Header-Felds im IP-Protokoll, das verhindert, dass unzustellbare Datenpakete endlos lange in einem Netzwerk weitergeleitet werden. Beim Erzeugen eines Datenpaketes beinhaltet das TTL-Feld einen maximalen Zahlenwert von 255, es können aber auch Werte von 64 oder 128 möglich sein. Die TTL von Datenpaketen muss bei jedem Durchgang (Hops) durch einen Router oder Switch um mindestens 1 verringert werden. Datenpakete mit einer TTL von 0 werden vom Router oder Switch als Irrläufer verworfen und gelöscht. Das verhindert, dass aufgrund von Daten- oder Routing-Fehlern unzustellbare Datenpakete endlos in einem Netzwerk weitergereicht werden.
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Problem- und Fehlersuche mit Windowssystemen
Bei Windowssystemen kann mit einfachen Diagnosetools festgestellt werden, ob auf TCP/IP-Ebene alles funktioniert. Dazu muss ein DOS-Kommandofenster geöffnet werden. Über den Befehl PING und die Adresse des zu testenden Netzwerkgerätes wird das angegebene Gerät angesprochen. Wenn das angesprochene Gerät online ist, sendet dieses eine Antwort mit Signallaufzeiten und Time-To-Live Zeiten. Über den Befehl IPCONFIG können die IP-Adressen und Einstellungen des eigenen Rechners ausgelesen werden.
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MAC-Adresse
MAC-Adresse heißt Media Access Adress und ist eine hardwarebezogene Adresse für ein Netzwerkgerät, die weltweit nur jeweils einmal vergeben wird. Die MAC-Adresse besteht aus einem Zahlenpaar aus 6 hexadezimalen Zahlen (z. B. 23:11:FF:1B:A6:03 = 48 Bit). Das erste Bit ist ein Flag, das anzeigt, ob es sich um eine Gruppenadresse (Multicast/Broadcast) oder eine Einzeladresse (Unicast) handelt. Das nächste Bit zeigt an, ob es sich um eine registrierte oder unregistrierte Adresse handelt. Die nächsten 22 Bits identifizieren den Hersteller, welcher von der IEEE die Adresse zugeordnet bekommen hat. Die letzten 24 Bits verwendet der Hersteller, um sein Gerät zu kennzeichnen. Dabei muss der Hersteller darauf achten, dass keine zwei Geräte mit der gleichen Adresse das Werk verlassen.
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Formen der Netzwerkkommunikation
Die verschiedenen Formen der Netzwerkkommunikation haben eine direkte Auswirkung auf das Verhalten von Switches und anderen Netzwerkkomponenten. Gerade Switches müssen so konfiguriert werden, damit diese für die gewählte Übertragungsart optimal funktionieren.
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Multicast-Übertragung
Bei der Multicast-Übertragung werden Datenpakete nur an Empfänger versendet, die derselben Multicast-Gruppe angehören. Es werden Multicast-Gruppen definiert und das Netzwerk ist dafür verantwortlich, dass die Zustellung der Datenpakete an jedes einzelne Gerät innerhalb der Gruppe erfolgt. Eine Multicast-Übertragung ist gerade dann interessant, wenn viele Daten ausgetauscht werden müssen.
- Ein Node sendet an alle anderen Nodes im Netzwerk innerhalb einer Multicast-Gruppe. Nicht in der Multicast-Gruppe eingetragene Nodes ignorieren die Datenpackete der Multicast-Gruppe.
- Verwendet eine UDP-Übertragung
- Master-Slave-Verbindung zwischen Konsolen (MA-Net)
- DMX-Übertragung (MA-Net, PathPort, PortAll)
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Broadcast-Übertragung
Bei einer Broadcast-Übertragung werden alle Datenpakete ausgehend von einem Sender an alle Empfänger im Netzwerk gesendet. Broadcast bedeutet aber auch, dass ständig alle Kanäle in einem Netzwerk belegt sind. Ein Vorteil ist, dass auch nicht direkt angesprochene Empfänger mithören und gegebenenfalls die übertragenen Daten auswerten können. Eine Broadcast-Übertragung kann eingesetzt werden, um ein Netzwerk zu konfigurieren.
- Ein Node sendet an alle anderen Nodes im Netzwerk: Ein Node sendet, alle anderen Nodes hören zu.
- Verwendet eine UDP-Übertragung
- DMX-Übertragung (ArtNet)
- Midi Show Control via Ethernet (MA Lighting)
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Unicast-Übertragung
Bei der Unicast-Übertragung unterhalten sich zwei Geräte direkt miteinander. Die Unicast-Übertragung wird deswegen auch als Peer-to-Peer-Verbindung bezeichnet.
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Collision Domain
Eine Collision Domain (Kollisionsbereich) bezeichnet alle in einem Netzwerk enthaltenen Nodes (Sender/Empfänger), Netzwerk-Switches und Verbindungskabel. Durch den Einsatz des CSMA/CD-Kollisionsverfahrens gibt es physikalische Grenzen für den Abstand zwischen einzelnen Nodes. CSMA/CD setzt voraus, dass jedes Datenpaket das gesamte Netzwerk in der Zeit durchqueren kann, die benötigt wird, das kleinste Datenpaket zu senden. So ist in einem Ethernet-Netzwerk prinzipiell der gesamte Datenverkehr zwischen den einzelnen Nodes an jeder Stelle des Netzwerkes annähernd zur gleichen Zeit sichtbar. Wenn die Übertragungszeit größer als die Sendezeit des kleinsten Paketes ist, kann ein Node am anderen Ende des Netzwerkes eine auftretende Kollision nicht erkennen. In diesem Fall wird das Netzwerk unweigerlich zusammenbrechen, da verschiedene Sender gleichzeitig zu senden versuchen und dabei auftretende Kollisionen nicht erkannt werden. Aus den Regeln der Collision Domain folgt die 5 – 4 - Regel.
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5 - 4 - Regel
Jedes Ethernet-Netzwerk hat eine definierte maximale Kabellänge. Dies gilt gerade für Netzwerke mit Kupferkabel (100 m bei Twisted-Pair-Verkabelung, wie z. B. mit 100BaseT). Um die maximale Kabellänge zu erweitern, können mehrere Switches hintereinander geschaltet werden. Jeder Switch fungiert damit im Prinzip als Zwischenverstärker für das Datensignal. Aufgrund der Datenübertragungsparameter des Ethernet-Protokolls und der Collision Domain des CSMA/CD-Verfahrens dürfen jedoch für eine Datenübertragung in Echtzeit zwischen zwei beliebigen Geräten (Nodes) im Netzwerk nicht mehr als fünf Segmente (Verbindungskabel) und vier Netzwerkverteiler vorhanden sein.
Um ein Netzwerk mit längeren Strecken zu realisieren, müssen andere Systeme, wie z. B. Glasfaserkabelsysteme, verwendet werden. Mit Glasfaserkabelsystem können, je nach System, Übertragungslängen von mehreren Kilometern realisiert werden können.
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Spanning Tree
Beim Verbinden von zwei (oder mehreren) Switches untereinander mit mehr als einer Leitung entsteht ein Netzwerk-Loop. In einem Loop laufen die Datenpakete im Kreis, ohne dass diese jemals ein Ziel erreichen. Das Netzwerk bricht zusammen, weil die Leistungsgrenzen der Switches schnell erreicht werden. Um diese „Rückkopplung“ zu vermeiden, wurde mit der IEEE 802.1D/t die Spanning-Tree-Technik eingeführt. Bei der Spanning-Tree-Technik werden redundante Wege im Netzwerk erkannt und nach bestimmten Regeln abgeschaltet. Erweiterte Versionen wie Rapid - Reconfiguration Spanning Tree (RSTP) oder Multiple Spanning Tree (MSTP) sind in der Lage, einen Ausfall der ersten Datenstrecke zu erkennen und dann nahezu unterbrechungsfrei den redundanten zweiten Weg aufzuschalten. Mit diesen Spanning-Tree-Techniken lassen sich redundante Netzwerke aufbauen, die jedoch von einem Netzwerkspezialisten konfiguriert und betreut werden sollten.
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Ethernet-Protokolle zur Lichtsteuerung
Es sind verschiedene Ethernet-Protokolle für die Lichtsteuerung mit unterschiedlichen Funktionsumfängen auf dem Markt erhältlich. Beim Aufbau eines Ethernet-Netzwerks zur Lichtsteuerung müssen die verschiedenen Parameter und Möglichkeiten der Lichtkonsolen und/oder Netzwerkgeräte betrachtet werden. Nicht jedes Ethernet-Protokoll ist für einen spezifischen Anwendungszweck geeignet. Vielfach ist auch die Anbindung verschiedener Hersteller an ein gemeinsames Netzwerk problematisch.
MA-Net (MA Lighting, Deutschland)
- 100 MBit/s Ethernet
- 32 Teilnehmer
- 64 DMX-Slots pro Session
- 16.384 Parameter (= 32.768 DMX-Kanäle)
ArtNet (Artistic Licence, UK)
- 10 MBit/s Ethernet
- 16 DMX-Slots mit 16 Subnets = 256 DMX-Linien
- 131.072 DMX-Kanäle
PathPort (PathWay Connectivity, Kanada)
- 10 MBit/s Ethernet
- 64 DMX Slots = 64 DMX-Linien
- 32.768 DMX-Kanäle
PortAll (Flashlight, Niederlande)
- 10 MBit/s Ethernet
- 32 DMX-Linien
- 16.384 DMX-Kanäle
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MA-Net
Das Netzwerkprotokoll MA-Net von MA Lighting ermöglicht die Verteilung der Rechenleistung auf verschiedene Geräte im Netzwerk. Somit werden alle Daten dezentral berechnet und ausgegeben, wodurch eine verzögerungsfreie Ausgabe der DMX-Daten in Echtzeit an jeder Stelle des Netzwerkes garantiert werden kann. Zur Gewährleistung der Synchronität des Netzwerkes werden die Datenpakete mit einem Zeitstempel versehen, über den die angeschlossenen Geräte synchronisiert werden. Das System wird schneller, je mehr Geräte (Nodes) am Netzwerk angeschlossen werden, die grandMA-Lichtkonsole fungiert schließlich nur noch als Terminal zur Eingabe der Daten. Beim Einbinden von Media-Servern ist eine framesynchrone Wiedergabe der Bilder möglich. Alle Geräte im Netzwerk können von der grandMA-Lichtkonsole gesteuert und konfiguriert werden. Dazu zählt auch ein Software-Update einzelner Netzwerkkomponenten.
Über das MA-Net können 64 DMX-Linien angesprochen werden. Ebenso können über eine grandMA-Lichtkonsole andere Ethernet-Protokolle wie ETC-Net2, ArtNet, PathPort oder PortAll ausgegeben werden. Mit Ausnahmen von ETC-Net2 sind diese jedoch auf 8 DMX-Linien beschränkt. Showdaten werden per TCP von der Lichtkonsole zu allen angeschlossenen Geräten im Netzwerk gesendet (Showupload), während per UDP die einzelnen Aktionen getriggert werden.
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ArtNet
ArtNet wurde als Open-Source-Projekt von der englischen Firma Artistic Licence entwickelt und hat sich heute als ein Standard bei der Steuerung von Lichtanlagen über Ethernet-Netzwerke etabliert. Dabei beschränkt sich ArtNet auf die Übertragung von DMX-Daten über Ethernet. Höhere Aufgaben, wie die Vernetzung von Lichtsystemen und Mediensteuerungen, können mit ArtNet nicht realisiert werden. ArtNet überträgt die Daten prinzipiell im Broadcast-Betrieb, sodass der gleichzeitige Einsatz mit anderen Protokollen in einem Netzwerk wenig praktikabel und sinnvoll ist.
Mit ArtNet können maximal 256 DMX-Linien adressiert werden. Mit ArtNet kann ebenfalls ein DMX-Patch wie auch ein Mergen von DMX-Linien in HTP- und LTP-Modus erfolgen. ArtNet arbeitet mit dem IP-Adressbereich 10.xxx.yyy.zzz und 2.xxx.yyy.zzz, wobei der letztere IP-Adressbereich routingfähig ist und damit z. B. zur Fernüberwachung von außen über das Internet angesprochen werden kann.
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PathPort
PathPort ist ein leistungsfähiges Ethernet-Protokoll, dessen Stärke es ist, DMX-Daten dort zur Verfügung zu Stellen, wo sie benötigt werden. Dazu werden PathPort-Nodes in einem Ethernet-Netzwerk miteinander verbunden. Die PathPort-Nodes können auch mit anderen Ethernet-Protokollen kommunizieren (ETC-Net1, ETC-Net2, Strand ShowNet, ACN, WYSIWYG, ArtNet). Das PathPort-Protokoll wird ebenfalls von anderen Herstellern implementiert (MA Lighting, Genlyte, Jands, Green Hippo, Horizon Control, Interactive Technologies).
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grandMA-IP-Adressen und Einstellungen
grandMA-Konsolen und der grandMA-3D-Visualiser verwenden üblicherweise den privaten Class-B-Adressbereich von 192.168.0.0 bis 192.168.255.255. Jedes angeschlossene Pult kann mit einem Namen versehen werden, wobei gleichlautende Namen vermieden werden müssen. Ebenso müssen natürlich auch gleiche IP-Adressen im Netzwerk vermieden werden.
Um grandMA-Konsolen im Netzwerk zu verbinden, muss eine Netzwerk-Session gestartet werden. Über „Join Session“ oder „Invite Station“ können weitere Konsolen in die Session geholt werden. Jeder Session muss ein Name und eine ID vergeben werden. Sessions können als Fulltracking- oder Multiuser-Modus ausgeführt werden. Im Fulltracking-Modus findet mit allen Stationen im Netzwerk ein ständiger Datenabgleich statt, damit alle Konsolen zu jeder Zeit auf dem aktuellen Stand sind. Im Multiuser-Mode können mehrere Konsolen an einem Showfile arbeiten.
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WholeHogIII-IP-Adressen
WholeHogIII-Komponenten werden üblicherweise mit IP-Adressen zwischen einem Adress-bereich von 172.31.0.1 bis 172.31.255.254 ausgeliefert, wobei der Konsole die statische IP-Adresse 172.31.0.1 zugewiesen ist. Die WholeHogIII-Konsole kann jedoch auch als DHCP-Server eingesetzt werden. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocoll) bedeutet eine dynamische Vergabe der IP-Adressen im Adressbereich an angeschlossene Netzwerk-komponenten. Ist die DHCP-Server-Funktion aktiviert, werden angeschlossenen Netzwerk-komponenten IP-Adressen zwischen 172.31.0.10 bis 172.31.255.254 zugewiesen. Zur Kommunikation untereinander benutzen alle WholeHogIII-Komponenten standardmäßig den Port 6600 des TCP-Protokolls.
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Verkabelungsformen
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Netzwerke mit Koaxialkabel
Thick-Ethernet/10Base5
Diese Verkabelungsform wird auch als Standard-Ethernet bezeichnet und besteht aus einem meistens gelb isolierten 50-Ohm-Koaxialkabel mit 10 mm Durchmesser. Das Kabel hat eine hohe Sicherheit gegen Störungen von außen. Ein Kabelsegment darf maximal 500 m lang sein. Alle 2,5 m können sog. Media Attachment Units (MAUs) gesetzt werden. Über die MAU wird ein Computer mit einem maximal 50 m langen Transceiverkabel angeschlossen. Maximal 100 Computer können an einem Kabelsegment hängen. Um Reflexionen zu vermeiden, muss das Kabel an beiden Enden mit einem 50-Ohm-Widerstand terminiert werden. Die maximale Datenrate beträgt 10 Mbit/s.
Thin-Ethernet/10Base2
Wird durch den Einsatz von dünneren Koaxialkabeln auch als Cheapnet bezeichnet. Das Kabel wird unmittelbar mit BNC-T-Stücken an den Netzwerkkarten der Computer angeschlossen, wobei das Netzwerk in einer Bus-Topologie aufgebaut wird. Die maximale Länge eines Segmentes beträgt 185 m. Es können bis zu 30 Stationen mit einem Mindestabstand von 0,5 m angeschlossen werden. Das Kabel muss an beiden Enden mit einem 50-Ohm-Widerstand terminiert werden. Die maximale Datenrate beträgt 10 Mbit/s.
Kabelvarianten für 10Base5/2
Die BNC-Verkabelung mit Koaxialkabel ist ein aussterbender Standard, da man hier bereits an den Grenzen des technisch Möglichen angelangt ist. Übertragungsgeschwindigkeiten von 10 Mbit/s können hier nicht überschritten werden.
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Netzwerke mit Twisted-Pair-Kabel
Twisted-Pair-Ethernet/10BaseT
Fast-Ethernet/100BaseT,
Gibabit-Ethernet/1000BaseT
Dies ist die populärste Methode der Netzwerkverkabelung. Ein Twisted-Pair-Kabel ist ein achtadriges, vierpaarig verdrilltes Kupferkabel, bei dem zwischen Sender und Empfänger für jede Übertragungsrichtung zwei Kupferadern (bei 10BaseT) bzw. vier Kupferadern (bei 100BaseT) benutzt werden. Die typische Aderdicke beträgt 0,5 oder 0,6 mm. Prinzipiell wird bei Netzwerkkabeln unterschieden in Patchkabel und Installationskabel. Bei Patchkabeln bestehen die Kupferleitungen aus einzelnen verdrillten Kupferlitzen, die Kabel sind somit flexibel in der Anwendung. Zudem sind Patchkabel immer vorkonfektioniert, d. h. bereits mit Netzwerksteckern ausgerüstet. Bei Installationskabeln bestehen die Kupferleitungen aus einem einzigen festen Kern, so dass das Kabel recht steif in der Anwendung und damit nur für eine Festinstallation geeignet ist. Installationskabel haben zudem bessere Übertragungseigenschaften als Patchkabel und sollte deswegen bei längeren Übertragungsstrecken verwendet werden. Zudem muss Installationskabel immer mit Spezialwerkzeug auf spezielle Anschlussleisten aufgeklemmt werden.
Werden Installationskabel verwendet, können Kabellängen von bis zu 100 m bei 10 Mbit/s (10BaseT) oder 100 Mbit/s (100BaseT) verwendet werden. Die Kabellänge setzt sich per Definition zusammen aus 90 m Installationskabel und 2 x 5 m flexibles Anschlusskabel (Patchkabel). Beim Einsatz von flexiblen Netzwerkkabeln (Patchkabel) kann man jedoch nur eine Kabellänge von ca. 75 m realisieren, bevor es zu Paketverlusten in der Leitung kommt.
Für größere Datenraten (100BaseT, 1000BaseT) sollten mindestens CAT5- bzw. CAT5e- und CAT6-Kabel verwendet werden. Als Anschlüsse kommen RJ45-Stecker (Western-Stecker) und entsprechende Anschlussdosen zum Einsatz.
Zum Überbrücken größerer Entfernungen sollte auf eine Glasfaserverbindung umgeschwenkt werden (Multimode-Betrieb ohne Repeater = 550 m; Singlemode-Betrieb = 2 bis 10 km).
Kabelvarianten für 10/100/1000BaseT
Die Kategorien für Twisted-Pair-Kabel definieren die Anforderungen hinsichtlich der Übertragungsbandbreite.
- CAT1 für Alarmsysteme und analoge Sprachübertragung
- CAT2 für Sprache und RS232-Schnittstellen
- CAT3 Datenübertragung ≤ 16 MHz
- CAT4 Datenübertragung ≤ 20 MHz
- CAT5 Datenübertragung ≤ 100 MHz für 100Mbit/s und 1000Mbit/s
- CAT5e Datenübertragung ≤ 100 MHz für 100Mbit/s und 1000Mbit/s
Enhanced Category 5 mit verbesserten Übertragungseigenschaften - CAT6 Datenübertragung ≤ 250 MHz, geplant für u. a. 10-Gibabit-Ethernet
- CAT7 Datenübertragung ≤ 600 MHz, geplant für u. a. 10-Gibabit-Ethernet
Die Bauart der Kabel hat einen wesentlichen Einfluss auf deren Störsicherheit. - UTP Unshielded Twisted Pair
nicht abgeschirmte, verdrillte Leitung; UTP-Kabel sind in allen Kategorien (CAT1 bis CAT5) erhältlich - S/UTP Screened/Unshielded Twisted Pair
hat einen Gesamtschirm aus einem Kupfergeflecht zur Reduktion der äußeren Störeinflüsse - FTP Foilshielded Twisted Pair
besitzt zur Abschirmung einen Gesamtschirm, zumeist aus einer alukaschierten Kunststofffolie - S/FTP Screened/Foilshielded Twisted Pair
besitzt einen Gesamtschirm aus alukaschierter Polyesterfolie und einem darüberliegenden Kupfergeflecht; gute Kabel erreichen eine Störleistungsunterdrückung von 70 dB - STP Shielded Twisted Pair
Kabelgattung mit Gesamtschirm ohne weitere Spezifikation - S/STP Screened/Shielded Twisted Pair
besitzt eine Abschirmung für jedes Kabelpaar sowie einen Gesamtschirm - ITP Industrial Twisted Pair
ist die industrielle Variante von S/STP; besitzt jedoch nur zwei Aderpaare
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Steckverbindungen
Die konventionelle Twisted-Pair-Verkabelung verwendet RJ45-Steckverbinder. Auch hier gibt es die unterschiedlichsten geschirmten und ungeschirmten Ausführungen. Die ungeschirmten Steckverbinder sind für industrielle Zwecke nur teilweise geeignet. Von den acht Anschlüssen des RJ45-Steckers werden bei 10BaseT und 100BaseT nur vier verwendet (Aderpaar 2 und 3 des Kabels). Bei 100BaseT4 bzw. 1000BaseT werden alle Anschlüsse des RJ45-Steckers und alle Adern des Kabels benutzt. Die Belegungen sollte grundsätzlich 1:1 an beiden Steckern ausgeführt werden. Auf Anschlussdosen ist die Belegung aufgedruckt bzw. mit den entsprechenden Farben markiert. Die Kabelfarben kennzeichnen die verdrillten Adernpaare, die eingehalten werden müssen.
| EIA/TIA-568A-Belegung | |
|---|---|
| Pin | Farbe |
| 1 | weiß/grün |
| 2 | grün |
| 3 | weiß/orange |
| 4 | blau |
| 5 | weiß/blau |
| 6 | orange |
| 7 | weiß/braun |
| 8 | braun |
| EIA/TIA-568B-Belegung | |
|---|---|
| Pin | Farbe |
| 1 | weiß/orange |
| 2 | orange |
| 3 | weiß/grün |
| 4 | blau |
| 5 | weiß/blau |
| 6 | grün |
| 7 | weiß/braun |
| 8 | braun |
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Crossover-Kabel
Werden zwei Computer direkt miteinander verbunden, muss ein so genanntes Crossover-Kabel benutzt werden. Dies gilt ebenfalls für die Kaskadierung (Hintereinanderschaltung) von Hubs, wenn kein Uplink-Port vorhanden ist. Durch die Kaskadierung von Hubs läßt sich die Zahl der verfügbaren Rechneranschlüsse erhöhen, wobei nur eine bestimmte Anzahl von Hubs kaskadiert werden kann (siehe 5 - 4 - Regel weiter oben).
Crossover-Kabel für 10/100BaseT
| Stecker 1 | Stecker 2 | ||
|---|---|---|---|
| Pin | Signal | Signal | Pin |
| 1 | TX+ | RX+ | 3 |
| 2 | TX- | RX- | 6 |
| 3 | RX+ | TX+ | 1 |
| 6 | RX- | TX- | 2 |
Crossover-Kabel für 100BaseT4, 1000BaseT
| Stecker 1 | Stecker 2 | ||
|---|---|---|---|
| Pin | Signal | Signal | Pin |
| 1 | TX D1 + | RX D2 + | 3 |
| 2 | TX D1 - | RX D2 - | 6 |
| 3 | RX D2 + | TX D1 + | 1 |
| 6 | RX D2- | TX D1 - | 2 |
| 4 | BI D3 + | BI D4 + | 7 |
| 5 | BI D3 - | BI D4 - | 8 |
| 7 | BI D4 + | BI D3 + | 4 |
| 8 | BI D4 - | BI D3 - | 5 |
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Systemvergleich DMX - Ethernet
| Protokoll | DMX | Ethernet | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Norm | DIN 56930-2 | IEEE Standard 802.3 | |||
| Bezeichnung | DMX512/1990 | EthernetIEEE 802.3i | Fast EthernetIEEE 802.3u | Gigabit EthernetIEEE 802.3ab | Lichtwellen-leiterIEEE 802.3i/u/z |
| physikalische Schicht | EIA-RS 485EIA-RS 422 | 10BaseT | 100BaseT | 1000BaseT | 10BaseFL100BaseFX1000BaseSx/Lx |
| Datenrate | 250kBaud(0,25 Mbit/s) | 10 Mbit/s(1,25 Mbyte/s) | 100 Mbit/s(12,5 Mbyte/s) | 1000 Mbit/s(125 Mbyte/s) | 10 Mbit/s100 Mbit/s1000 Mbit/s |
| Leitungstyp | symmetrisch geschirmt, 1 oder 2 verdrillte(s) Paar(e) | CAT 3-7Twisted Pair4 Paare, davon 2 genutzt | CAT 5-7Twisted Pair4 Paare, davon 2 genutzt | CAT 5-7Twisted Pair4 Paare, davon 4 genutzt | Lichtfaser |
| Steckverbinder | XLR/AXR5-polig | RJ-458-polig | RJ-458-polig | RJ-458-polig | ST dual, SC, SMA |
| Max. Leitungslänge | 1200 m(Praxis: 300 m) | 100 m | 100 m | 100 m | 2000 m (FL)1000 m (FX) |
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Probleme bei Ethernet-Netzwerken
Probleme mit Ethernet-Netzwerken fallen in der Regel relativ schnell auf: Entweder es funktioniert, oder es funktioniert nicht. Es gibt, wenn überhaupt, nur eine kleine Grauzone. Ob eine Kommunikation stattfindet, kann man sehr schnell an den blinkenden Status-LED’s einer Netzwerkkarte oder eines Netzwerk-Switches erkennen.
Ein häufiges Problem in Netzwerken sind defekte Netzwerkkabel. Bei defekten Netzwerkkabeln kann es durchaus vorkommen, dass sporadisch mal ein oder zwei Datenpakete durchgelassen werden. Somit wird beim Sender und Empfänger zwar eine funktionierende Netzwerkverbindung angezeigt, es können aber so gut wie keine Daten übertragen werden. Durch defekte Netzwerkkabel kann es bei der Übertragung von Videodaten zu starkem Bildruckeln oder versetzt aufbauenden Bildinhalten kommen. Gerade preiswerte Netzwerkkabel sind bei gröberer Behandlung (also im Touring-Betrieb) schnell anfällig für Defekte.
Bei Geschwindigkeitsproblemen in Ethernet-Netzwerken sollte zuerst geschaut werden, auf welchen Sendemodus (Halbduplex oder Vollduplex) die einzelnen Teilnehmer eingestellt sind. Stimmen die Sendemodi der einzelnen Teilnehmer nicht überein, kann vorhandene Bandbreite verschwendet werden.
Bei einem Netzwerk im Broadcast-Betrieb dürfen einzelne Netzwerk-Switches untereinander nicht mit mehr als einer Verbindungsleitung angeschlossen werden (Loop). Da ein Netzwerk-Switch eingehende Broadcast-Pakete jeweils zu allen Ausgängen kopiert und durch die zweite Verbindungsleitung diese Kopie wieder zurückgekoppelt wird und ihrerseits eine Kopie auslöst, werden diese Broadcast-Pakete beliebig oft vervielfältigt. Dabei kommt es zu einer Überlastung der Netzwerkkomponenten, alle Geräte sind mit dem Verarbeiten des unerwartet großen Datenaufkommens beschäftigt und können keine weiteren Daten annehmen, es kommt zu einem Netzwerk-Crash. Dieser Problemfall kann auch durch den Einsatz von Netzwerk-Switches mit Spanning-Tree-Technik vermieden werden.
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Fehlersuche in Ethernet-Netzwerken
In den meisten Fällen treten Probleme in Netzwerken durch defekte Netzwerkkabel auf. Ein Austauschen einzelner Netzwerkkabel bewirkt manchmal Wunder.
Natürlich kann es sein, dass weitere Komponenten im Netzwerk Probleme breiten. Zuerst muss herausgefunden werden, welches Gerät nicht ordnungsgemäß funktioniert. Dazu wird der Sender (wie z. B. ein Media-Server) über ein Crossover-Netzwerkkabel mit einem Empfänger (wie z. B. ein LED-Paneel) verbunden. Wenn diese problemlos miteinander kommunizieren, ist schon einmal sicher, dass sowohl Sender wie auch Empfänger einwandfrei funktionieren. Wenn keine Kommunikation stattfindet, dann müssen entweder die Netzwerkeinstellungen (wie z. B. die IP-Adressen oder Vollduplex/Halbduplex-Modus) beim Sender oder Empfänger verändert werden oder aber eines der beiden Geräte ist defekt.
Im nächsten Schritt wird der Netzwerk-Switch zwischen Sender und Empfänger gesetzt. Kommt es nun zu Netzwerkproblemen, dann ist sicher, dass der Switch die Quelle dafür ist. Ursache kann eine zu geringe Performance oder Bandbreite sein (z. B. Einsatz eines 10 Mbit/s-Switches in einem 100-Mbit/s-Netzwerk). Handelt es sich um einen managed Switch, dann sind möglicherweise einige Software-Einstellungen nicht optimal eingestellt. Um die Software-Einstellungen eines managed Switches zu ändern, muss man sich mit einem Laptop auf den Switch einloggen, um die Einstellungen zu korrigieren.
Es wird empfohlen, bei einem für die Lichtsteuerung verwendeten managed Switch einmal die Software-Einstellungen vorzunehmen und diese dann nur noch zu ändern, wenn es absolut notwendig ist. Die Konfiguration eines Switches kann in einer Produktionsumgebung wertvolle Zeit kosten, die nicht immer vorhanden ist. Zudem sollte man auch genau wissen, welche Einstellung im Switch vorgenommen werden müssen, damit das System optimal funktioniert. Die Konfiguration von einem Netzwerk-Switch sollte nur von einem Netzwerkfachmann erfolgen.
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ACN (Architecture for Control Networks)
DMX bietet prinzipiell eine sehr große Flexibilität und Unabhängigkeit bei der Konzeption von Steuerungsnetzwerken in der Veranstaltungstechnik. Im Laufe der letzten Jahre sind jedoch die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Steuerungsnetzwerke gestiegen. Aus diesem Grund wird DMX in der Zukunft als Protokoll für die Steuerung von modernen Geräten in der Veranstaltungstechnik nicht mehr ausreichend sein. Auch die verschiedenen herstellerspezifischen Ethernet-Protokolle (MA-Net, ArtNet) bieten nur für bestimmte Aufgaben und Bereiche eine Lösung.
ACN (Architecture for Control Networks) ist ein umfangreiches Steuerprotokoll und besteht aus einer Reihe von Netzwerkprotokollen, die maßgeblich von der ESTA (Entertainment Services and Technology Association) entwickelt wurden. Der aktuelle Entwurf trägt den Namen ANSI BSR E1.17 – 2006 – Entertainment Technology – Architecture for Control Networks (BSR = British Standard Regulation, ähnelt der deutschen DIN-Norm). ACN ist ein anspruchsvolles Steuerungsnetzwerk, über das Komponenten der Veranstaltungstechnik miteinander kommunizieren können. Mit ACN soll eine leistungsfähige Kommunikationsplattform geschaffen werden, die darüber hinaus die Vielzahl der bereits vorhandenen Ethernet-Kommunikationsprotokolle ablösen soll. ACN stellt dabei eine bidirektionale Kommunikationsverbindung zwischen verschiedenen Hardware-Komponenten wie z. B. Moving Lights, Dimmern und Lichtkonsolen her. Denkbar ist auch eine Verknüpfung mit Geräten der Video-, Ton- und Bühnentechnik.
ACN ist auf der Anwendungsschicht des OSI-Schichtmodells angesiedelt, wodurch es unabhängig von bestimmten Herstellern und Hardwarekonfigurationen ist. Das Protokoll wurde für die Anwendung mit UDP/IP spezifiziert und läuft somit über beliebige Ethernet- oder Wireless-LAN-Verbindungen. Ebenso ist der Einsatz von ACN mit Bluetooth- oder FireWire-Kanälen denkbar. Durch den Einsatz von UDP wird ein Multicast-Netzwerk beim Einsatz von ACN benötigt. Broadcast-Netzwerke eigenen sich nicht für den Einsatz mit ACN. Das ACN-Protokoll ist ein offenes System, es kann jederzeit über neue Profile erweitert werden.
In der Spezifikation zu ACN werden verschiedene Unterprotokolle definiert:
- Root Layer Protocoll (für UDP)
- Session Data Transport Protocol (SDT)
- Legt fest, welche Geräte miteinander kommunizieren
- Device Management Protocol (DMP)
- Tauscht Anwendungsdaten zwischen verschiedenen Geräten aus
Zusätzlich steht eine Device Description Language (DLL) zur Verfügung, mit der die Eigenschaften eines beliebigen Gerätes definiert werden können.