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Lautsprecherkabel haben, wie jedes andere lineare elektrische Bauteil, drei Parameter, die ihre Leistung bestimmen: Widerstand, Kapazität und Induktivität. Wenn ein perfekter Draht möglich wäre, hätte er keinen Widerstand, keine Kapazität und keine Induktivität. Je kürzer ein Draht ist, desto näher kommt er der Perfektion, da der Widerstand bei allen Leitern (außer Supraleitern) mit abnehmender Länge abnimmt. Der Widerstand ist die Eigenschaft, die den größten Einfluss auf die Leistung des Lautsprecherkabels hat, wohingegen die kapazitiven und induktiven Eigenschaften des Lautsprecherkabels im Vergleich zum Lautsprecher selbst unbedeutend klein sind. Größere Leiter (kleinerer Drahtquerschnitt) haben einen kleineren Widerstand. Solange der Widerstand des Lautsprecherkabels weniger als 5 % der Impedanz des Lautsprechers beträgt, ist der Leiter für den Heimgebrauch ausreichend. Lautsprecherkabel werden nach Konstruktionsqualität, Preis, ästhetischem Zweck und Komfort ausgewählt. Litzendraht ist flexibler als Massivdraht und eignet sich für bewegliche Geräte. Bei einem Kabel, das freiliegt und nicht innerhalb von Wänden, unter Bodenbelägen oder hinter Zierleisten (z. B. in einem Haus) verlegt wird, mag das Aussehen ein subjektiver Vorteil sein, für die elektrischen Eigenschaften ist es jedoch irrelevant. Eine bessere Reinigung oxidierender Materialien wie Kupfer soll zu gleichmäßigeren Leitfähigkeitseigenschaften über die gesamte Länge des Kabels führen, was jedoch im Hinblick auf die Auswirkungen auf die Klangqualität kein Problem darstellt. Eine bessere Ummantelung kann dicker oder robuster sein, eine geringere chemische Reaktion mit dem Leiter aufweisen, sich weniger leicht verheddern und leichter durch eine Gruppe anderer Drähte gezogen werden können, oder sie kann eine Reihe von Abschirmtechniken für den nichthäuslichen Gebrauch beinhalten. Selbst bei minderwertigem Kabel kommt es unter Umständen nicht zu einer hörbaren Klangverschlechterung. Viele vermeintlich hörbare Unterschiede bei der Lautsprecherverkabelung lassen sich auf die Voreingenommenheit des Zuhörers oder den Placebo-Effekt zurückführen. Die Voreingenommenheit der Zuhörer wird nicht zuletzt durch die Praxis der populären Hersteller verstärkt, Behauptungen über ihre Produkte aufzustellen, die entweder keine gültige technische oder wissenschaftliche Grundlage haben oder keine reale Bedeutung haben. Viele Hersteller, die sich an Audiophile richten (sowie solche, die weniger teure Einzelhandelsmärkte beliefern), machen ebenfalls unmessbare, wenn auch poetische Behauptungen darüber, dass ihr Kabel offen, dynamisch oder glatt klingt. Um diese Behauptungen zu rechtfertigen, führen viele elektrische Eigenschaften wie den Skin-Effekt, die charakteristische Impedanz des Kabels oder Resonanz an, die von Verbrauchern im Allgemeinen kaum verstanden werden. Keines davon hat einen messbaren Effekt bei Audiofrequenzen, obwohl bei Radiofrequenzen jedes davon von Bedeutung ist.

Lautsprecherkabel werden verwendet, um die elektrische Verbindung zwischen Lautsprechern und Audioverstärkern herzustellen. Moderne Lautsprecherkabel bestehen aus zwei elektrischen Leitern, die einzeln durch Kunststoff isoliert sind. Die beiden Drähte sind elektrisch identisch, jedoch gekennzeichnet (z. B. durch einen Grat auf der Isolierung eines Drahtes, die Farbe eines Drahtes, einen Faden in einem Draht usw.), um die richtige Polarität leichter erkennen zu können. Einige historische Designs verfügten außerdem über ein weiteres Kabelpaar für die Stromversorgung eines Elektromagneten im Lautsprecher. Mindestens ein solches Lautsprecherdesign wird immer noch produziert (in Frankreich), aber im Wesentlichen verwenden alle heute hergestellten Lautsprecher Permanentmagnete, die vor über einem halben Jahrhundert die Lautsprecher mit Feldelektromagneten verdrängten. Die Auswirkung von Lautsprecherkabeln auf das von ihnen übertragene Signal ist in der audiophilen und High-Fidelity-Welt ein viel diskutiertes Thema. Auch die Richtigkeit vieler Werbeaussagen zu diesen Punkten ist Gegenstand vieler Debatten.

Die Netzwerktopologie definiert die Art und Weise, wie Computer, Drucker und andere Geräte physisch und logisch verbunden sind. Eine Netzwerktopologie beschreibt die Anordnung der Leitungen und Geräte sowie die für die Datenübertragung verwendeten Pfade. Es gibt zwei Arten von Netzwerktopologien: Körperlich logisch Zu den häufig verwendeten Topologien gehören: Bus Stern Baum (hierarchisch) Linear Ring Netz teilweise verbunden vollständig verbunden (manchmal auch als vollständig redundant bezeichnet) Die oben genannten Netzwerktopologien stellen lediglich eine allgemeine Darstellung der in Computernetzwerken verwendeten Topologietypen dar und gelten als Basistopologien.

Ein drahtloses Netzwerk ist im Grunde dasselbe wie ein LAN oder ein WAN, es gibt jedoch keine Kabel zwischen Hosts und Servern. Die Daten werden über Funk-Transceiver-Sets übertragen. Diese Arten von Netzwerken sind von Vorteil, wenn die Verlegung der erforderlichen Kabel zu kostspielig oder unpraktisch ist. Weitere Informationen finden Sie unter Wireless LAN und Wireless Wide Area Network. Die Medienzugriffsprotokolle für LANs stammen vom IEEE. Die gängigsten IEEE 802.11-WLANs decken je nach Antenne Reichweiten von Hunderten Metern bis zu einigen Kilometern ab. Für größere Gebiete haben entweder Kommunikationssatelliten verschiedener Typen, Mobilfunk oder Wireless Local Loop (IEEE 802.16) Vor- und Nachteile. Abhängig von der Art der benötigten Mobilität können die relevanten Standards von der IETF oder der ITU stammen.

Ein städtisches Netzwerk ist ein Netzwerk, das selbst für das größte LAN zu groß ist, aber nicht die Größe eines WAN hat. Es integriert auch zwei oder mehr LAN-Netzwerke über ein bestimmtes geografisches Gebiet (normalerweise eine Stadt), um das Netzwerk und den Kommunikationsfluss zu erhöhen. Die betreffenden LANs würden normalerweise über „Backbone“-Leitungen verbunden sein. Weitere Informationen zu WANs finden Sie unter Frame Relay, ATM und Sonet.

Ein Wide Area Network ist ein Netzwerk, in dem eine Vielzahl von Ressourcen in einem großen nationalen oder internationalen Gebiet eingesetzt werden. Ein Beispiel hierfür ist ein multinationales Unternehmen, das ein WAN nutzt, um seine Niederlassungen in verschiedenen Ländern miteinander zu verbinden. Das größte und beste Beispiel für ein WAN ist das Internet, ein Netzwerk, das aus vielen kleineren Netzwerken besteht. Das Internet gilt als das größte Netzwerk der Welt. Das PSTN (Public Switched Telephone Network) ist ebenfalls ein extrem großes Netzwerk, das zunehmend Internet-Technologien nutzt, wenn auch nicht unbedingt über das öffentliche Internet. Ein Wide Area Network beinhaltet die Kommunikation durch den Einsatz einer breiten Palette unterschiedlicher Technologien. Zu diesen Technologien gehören Punkt-zu-Punkt-WANs wie Point-to-Point Protocol (PPP) und High-Level Data Link Control (HDLC), Frame Relay, ATM (Asynchronous Transfer Mode) und Sonet (Synchronous Optical Network). Der Unterschied zwischen den WAN-Technologien basiert auf den von ihnen ausgeführten Switching-Fähigkeiten und der Geschwindigkeit, mit der das Senden und Empfangen von Informationsbits (Daten) erfolgt.

Ein lokales Netzwerk ist ein Netzwerk, das sich über einen relativ kleinen Raum erstreckt und Dienste für eine kleine Anzahl von Menschen bereitstellt. Es kann eine Peer-to-Peer- oder Client-Server-Netzwerkmethode verwendet werden. In einem Peer-to-Peer-Netzwerk teilt jeder Client seine Ressourcen mit anderen Workstations im Netzwerk. Beispiele für Peer-to-Peer-Netzwerke sind: Kleine Büronetzwerke mit minimalem Ressourcenverbrauch und ein Heimnetzwerk. In einem Client-Server-Netzwerk sind alle Clients mit dem Server und untereinander verbunden. Client-Server-Netzwerke nutzen Server mit unterschiedlichen Kapazitäten. Diese können in zwei Typen eingeteilt werden: 1. Single-Service-Server 2. Druckserver, wobei der Server eine Aufgabe ausführt, z. B. als Dateiserver; Während andere Server nicht nur die Funktion von Dateiservern und Druckservern erfüllen, sondern auch Berechnungen durchführen und diese zur Bereitstellung von Informationen an Clients verwenden (Web-/Intranetserver). Computer sind über Ethernet-Kabel miteinander verbunden und können entweder direkt (von einem Computer zum anderen) oder über einen Netzwerk-Hub verbunden werden, der mehrere Verbindungen ermöglicht.

Netzwerke sind ein komplexer Teil der Informatik, der den Großteil der IT-Branche ausmacht. Ohne Netzwerke gäbe es fast keine Kommunikation mehr auf der Welt. Aufgrund der Vernetzung funktionieren Telefone, Fernseher, das Internet usw. Eine Möglichkeit, Computernetzwerke zu kategorisieren, ist die geografische Reichweite, obwohl viele reale Netzwerke lokale Netzwerke (LAN) über Wide Area Networks (WAN) und drahtlose Netzwerke (WWAN) miteinander verbinden.

Vor dem Aufkommen von Computernetzwerken, die auf einer Art Telekommunikationssystem basierten, wurde die Kommunikation zwischen Rechenmaschinen und frühen Computern von menschlichen Benutzern durchgeführt, indem sie Anweisungen zwischen ihnen übermittelten. Viele der im heutigen Internet beobachteten sozialen Verhaltensweisen waren nachweislich in Telegrafennetzen des 19. Jahrhunderts und wohl auch in noch früheren Netzen vorhanden, die visuelle Signale nutzten. Im September 1940 sendete George Stibitz mit einem Fernschreiber Anweisungen für eine Aufgabenstellung von seinem Modell K am Dartmouth College in New Hampshire an seinen Rechner für komplexe Zahlen in New York und erhielt die Ergebnisse auf dem gleichen Weg zurück. Die Verknüpfung von Ausgabesystemen wie Fernschreibern mit Computern war ein Interesse der Advanced Research Projects Agency (ARPA), als 1962 JCR Licklider eingestellt wurde und eine Arbeitsgruppe gründete, die er „Intergalactic Network“ nannte, einen Vorläufer des ARPANet. 1964 entwickelten Forscher in Dartmouth das Dartmouth Time Sharing System für verteilte Benutzer großer Computersysteme. Im selben Jahr nutzte eine von General Electric und Bell Labs unterstützte Forschungsgruppe am MIT einen Computer (DECs PDP-8), um Telefonverbindungen weiterzuleiten und zu verwalten. In den 1960er Jahren konzipierten und entwickelten Leonard Kleinrock, Paul Baran und Donald Davies unabhängig voneinander Netzwerksysteme, die Datagramme oder Pakete verwendeten, die in einem paketvermittelten Netzwerk zwischen Computersystemen verwendet werden konnten. 1965 gründeten Thomas Merrill und Lawrence G. Roberts das erste Wide Area Network (WAN). Der erste weit verbreitete PSTN-Switch, der echte Computersteuerung nutzte, war der 1965 eingeführte Western Electric 1ESS-Switch. Im Jahr 1969 wurden die University of California in Los Angeles, SRI (in Stanford), die University of California in Santa Barbara und die University of Utah als Beginn des ARPAnet-Netzwerks über 50-kbit/s-Leitungen verbunden. Kommerzielle Dienste mit X.25, einer alternativen Architektur zur TCP/IP-Suite, wurden 1972 eingeführt. Computernetzwerke und die Technologien, die für die Verbindung und Kommunikation zwischen ihnen erforderlich sind, treiben weiterhin die Computerhardware-, -software- und -peripherieindustrie an. Diese Expansion spiegelt sich im Wachstum der Anzahl und Art der Netzwerknutzer wider, vom Forscher bis zum Heimanwender. Computernetzwerke sind heute der Kern moderner Kommunikation. Beispielsweise sind alle modernen Aspekte des öffentlichen Telefonnetzes (PSTN) computergesteuert, und die Telefonie läuft zunehmend über das Internetprotokoll, wenn auch nicht unbedingt über das öffentliche Internet. Der Umfang der Kommunikation hat im letzten Jahrzehnt erheblich zugenommen und dieser Kommunikationsboom wäre ohne die immer weiter fortschreitende Computernetzwerke nicht möglich gewesen.

Benutzer und Netzwerkadministratoren haben häufig unterschiedliche Ansichten über ihre Netzwerke. Häufig teilen sich Benutzer Drucker und einige Server bilden eine Arbeitsgruppe, was normalerweise bedeutet, dass sie sich am selben geografischen Standort und im selben LAN befinden. Eine Interessengemeinschaft hat weniger die Bedeutung, dass sie sich in einem lokalen Bereich befindet, sondern sollte als eine Gruppe willkürlich verteilter Benutzer betrachtet werden, die sich eine Reihe von Servern teilen und möglicherweise auch über Peer-to-Peer-Technologien kommunizieren. Netzwerkadministratoren betrachten Netzwerke sowohl aus physischer als auch aus logischer Sicht. Die physische Perspektive umfasst geografische Standorte, physische Verkabelung und die Netzwerkelemente (z. B. Router, Bridges und Gateways der Anwendungsschicht, die die physischen Medien miteinander verbinden). Logische Netzwerke, in der TCP/IP-Architektur Subnetze genannt, werden auf ein oder mehrere physische Medien abgebildet. Beispielsweise besteht eine gängige Praxis auf einem Gebäudecampus darin, eine Reihe von LAN-Kabeln in jedem Gebäude mithilfe der virtuellen LAN-Technologie (VLAN) als gemeinsames Subnetz erscheinen zu lassen. Sowohl Benutzer als auch Administratoren sind sich der Vertrauens- und Umfangsmerkmale eines Netzwerks in unterschiedlichem Maße bewusst. Wiederum unter Verwendung der TCP/IP-Architekturterminologie: Ein Intranet ist eine Interessengemeinschaft, die normalerweise von einem Unternehmen privat verwaltet wird und auf die nur autorisierte Benutzer (z. B. Mitarbeiter) zugreifen können. Intranets müssen nicht an das Internet angeschlossen sein, verfügen aber im Allgemeinen über eine begrenzte Verbindung. Ein Extranet ist eine Erweiterung eines Intranets, die eine sichere Kommunikation mit Benutzern außerhalb des Intranets (z. B. Geschäftspartnern, Kunden) ermöglicht. Informell ist das Internet die Gruppe von Benutzern, Unternehmen und Inhaltsanbietern, die durch Internetdienstanbieter (ISP) miteinander verbunden sind. Aus technischer Sicht besteht das Internet aus einer Reihe von Subnetzen und Aggregaten von Subnetzen, die den registrierten IP-Adressraum gemeinsam nutzen und mithilfe des Border Gateway Protocol Informationen über die Erreichbarkeit dieser IP-Adressen austauschen. Typischerweise werden die für Menschen lesbaren Namen von Servern über die Verzeichnisfunktion des Domain Name Systems (DNS) für Benutzer transparent in IP-Adressen übersetzt. Über das Internet kann es zu Business-to-Business- (B2B), Business-to-Consumer- (B2C) und Consumer-to-Consumer-Kommunikation (C2C) kommen. Insbesondere wenn Geld oder vertrauliche Informationen ausgetauscht werden, ist es wahrscheinlich, dass die Kommunikation durch irgendeine Art von Kommunikationssicherheitsmechanismus gesichert wird. Mithilfe der sicheren VPN-Technologie (Virtual Private Network) können Intranets und Extranets sicher in das Internet eingeblendet werden, ohne dass allgemeine Internetnutzer darauf zugreifen müssen. Bei der Verwendung zum Spielen muss ein Computer als Server fungieren, während die anderen über ihn spielen.

Computernetzwerke sind die Ingenieurdisziplin, die sich mit der Kommunikation zwischen Computersystemen oder Geräten befasst. Die Spezifikationen für Netzwerke, Router, Routing-Protokolle und Netzwerke über das öffentliche Internet sind in Dokumenten namens RFCs definiert. Computernetzwerke werden manchmal als Teildisziplin der Telekommunikation, Informatik, Informationstechnologie und/oder Computertechnik betrachtet. Computernetzwerke basieren stark auf der theoretischen und praktischen Anwendung dieser wissenschaftlichen und technischen Disziplinen. Ein Computernetzwerk ist eine Gruppe von Computern oder Geräten, die miteinander verbunden sind und Daten austauschen können. Beispiele für verschiedene Netzwerke sind: Lokales Netzwerk (LAN), bei dem es sich normalerweise um ein kleines Netzwerk handelt, das auf einen kleinen geografischen Bereich beschränkt ist. Wide Area Network (WAN), das normalerweise ein größeres Netzwerk ist, das ein großes geografisches Gebiet abdeckt. Drahtlose LANs und WANs (WLAN und WWAN) sind das drahtlose Äquivalent von LAN und WAN. Alle Netzwerke sind miteinander verbunden, um die Kommunikation mit einer Vielzahl verschiedener Arten von Medien zu ermöglichen, darunter Twisted-Pair-Kupferdrahtkabel, Koaxialkabel, Glasfaser und verschiedene drahtlose Technologien. Die Geräte können über wenige Meter (z. B. über Bluetooth) oder nahezu unbegrenzte Entfernungen (z. B. über die Verbindungen des Internets) voneinander entfernt sein.

Die USB-Kommunikation erfolgt in Form von Paketen. Zunächst werden alle Pakete vom Host über den Root-Hub und möglicherweise weitere Hubs an Geräte gesendet. Einige dieser Pakete weisen ein Gerät an, als Antwort einige Pakete zu senden. Nach dem oben beschriebenen Synchronisierungsfeld bestehen alle Pakete aus 8-Bit-Bytes, wobei das niedrigstwertige Bit zuerst übertragen wird. Das erste Byte ist ein PID-Byte (Packet Identifier). Die PID beträgt tatsächlich 4 Bit; Das Byte besteht aus der 4-Bit-PID, gefolgt von ihrem bitweisen Komplement. Diese Redundanz hilft, Fehler zu erkennen. (Beachten Sie auch, dass ein PID-Byte höchstens vier aufeinanderfolgende 1-Bits enthält und daher niemals Bit-Stuffing benötigt, selbst wenn es mit dem letzten 1-Bit im Synchronisierungsbyte kombiniert wird. Das OUT-PID-Byte endet jedoch mit drei aufeinanderfolgenden 1-Bits. Wenn also die folgende USB-Geräteadresse mit drei 1-Bits beginnt, ist Bit-Stuffing erforderlich.) Es gibt drei Grundtypen von Paketen mit jeweils unterschiedlichem Format und CRC (Cyclic Redundancy Check): Handshake-Pakete bestehen lediglich aus einem PID-Byte und werden im Allgemeinen als Antwort auf Datenpakete gesendet. Die drei Grundtypen sind ACK, was angibt, dass die Daten erfolgreich empfangen wurden, NAK, was angibt, dass die Daten zu diesem Zeitpunkt nicht empfangen werden können und erneut versucht werden sollten, und STALL, was angibt, dass das Gerät einen Fehler aufweist und nie in der Lage sein wird, Daten erfolgreich zu übertragen, bis eine Korrekturmaßnahme (z. B. Geräteinitialisierung) durchgeführt wird. USB 2.0 fügte zwei zusätzliche Handshake-Pakete hinzu: NYET, das anzeigt, dass eine geteilte Transaktion noch nicht abgeschlossen ist, und ein ERR-Handshake, das anzeigt, dass eine geteilte Transaktion fehlgeschlagen ist. Das einzige Handshake-Paket, das der USB-Host generieren kann, ist ACK; Wenn es nicht bereit ist, Daten zu empfangen, sollte es ein Gerät nicht anweisen, Daten zu senden. Token-Pakete bestehen aus einem PID-Byte, gefolgt von 11 Adressbits und einem 5-Bit-CRC. Token werden nur vom Host gesendet, niemals vom Gerät.-- IN- und OUT-Token enthalten eine 7-Bit-Gerätenummer und eine 4-Bit-Funktionsnummer (für Multifunktionsgeräte) und weisen das Gerät an, DATAx-Pakete zu senden bzw. die folgenden DATAx-Pakete zu empfangen. Ein IN-Token erwartet eine Antwort von einem Gerät. Die Antwort kann eine NAK- oder STALL-Antwort oder ein DATAx-Frame sein. Im letzteren Fall gibt der Host gegebenenfalls einen ACK-Handshake aus. Auf einen OUT-Token folgt unmittelbar ein DATAx-Frame. Das Gerät antwortet je nach Bedarf mit ACK, NAK oder STALL. SETUP funktioniert ähnlich wie ein OUT-Token, wird jedoch für die Ersteinrichtung des Geräts verwendet. Jede Millisekunde (12.000 Bitzeiten mit voller Geschwindigkeit) überträgt der USB-Host ein spezielles SOF-Token (Start of Frame), das anstelle einer Geräteadresse eine um 11 Bit aufsteigende Framenummer enthält. Dies dient der Synchronisierung isochroner Datenflüsse. Hochgeschwindigkeits-USB-2.0-Geräte erhalten 7 zusätzliche doppelte SOF-Token pro Frame, die jeweils einen „Mikroframe“ von 125 µs einführen. USB 2.0 hat einen PING-Token hinzugefügt, der ein Gerät fragt, ob es bereit ist, ein OUT/DATA-Paketpaar zu empfangen. Das Gerät antwortet je nach Bedarf mit ACK, NAK oder STALL. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, das DATA-Paket zu senden, wenn das Gerät weiß, dass es nur mit NAK antworten wird. USB 2.0 fügte außerdem einen größeren SPLIT-Token mit einer 7-Bit-Hub-Nummer, 12 Bit Steuerflags und einem 5-Bit-CRC hinzu. Dies wird verwendet, um geteilte Transaktionen durchzuführen. Anstatt den Hochgeschwindigkeits-USB-Bus zum Senden von Daten an ein langsameres USB-Gerät zu binden, empfängt der nächste Hochgeschwindigkeits-fähige Hub einen SPLIT-Token, gefolgt von einem oder zwei USB-Paketen mit hoher Geschwindigkeit, führt die Datenübertragung mit voller oder niedriger Geschwindigkeit durch und liefert die Antwort mit hoher Geschwindigkeit, wenn er von einem zweiten SPLIT-Token dazu aufgefordert wird. Die Details sind komplex; siehe USB-Spezifikation. Datenpakete Es gibt zwei grundlegende Datenpakete, DATA0 und DATA1. Beide bestehen aus einem DATAx-PID-Feld, 0–1023 Bytes Datennutzlast (bis zu 1024 bei hoher Geschwindigkeit, höchstens 8 bei niedriger Geschwindigkeit) und einem 16-Bit-CRC. Ihnen muss immer ein Adress-Token vorangestellt sein, und ihnen folgt normalerweise ein Handshake-Token vom Empfänger zurück zum Sender. Die beiden Pakettypen stellen die 1-Bit-Sequenznummer bereit, die für Stop-and-Wait-ARQ erforderlich ist. Wenn ein USB-Host keinen empfängt Bei der Übertragung einer Antwort (z. B. einer Bestätigung) für die von ihm gesendeten Daten ist nicht bekannt, ob die Daten während der Übertragung verloren gegangen sind oder ob sie empfangen wurden, die Handshake-Antwort jedoch verloren gegangen ist. Um dieses Problem zu lösen, verfolgt das Gerät den Typ des zuletzt akzeptierten DATAx-Pakets. Wenn es ein weiteres DATAx-Paket desselben Typs empfängt, wird es bestätigt, aber als Duplikat ignoriert. Es wird tatsächlich nur ein DATAx-Paket des entgegengesetzten Typs empfangen. Wenn ein Gerät mit einem SETUP-Paket zurückgesetzt wird, erwartet es als nächstes ein DATA0-Paket. USB 2.0 fügte auch die Pakettypen DATA2 und MDATA hinzu. Sie werden nur von Hochgeschwindigkeitsgeräten verwendet, die isochrone Übertragungen mit hoher Bandbreite durchführen und mehr als 1024 Bytes pro 125 µs „Mikroframe“ (8192 kB/s) übertragen müssen. PRE „Paket“ Geräte mit niedriger Geschwindigkeit werden mit einem speziellen PID-Wert, PRE, unterstützt. Dies markiert den Anfang eines Pakets mit niedriger Geschwindigkeit und wird von Hubs verwendet, die normalerweise keine Pakete mit voller Geschwindigkeit an Geräte mit niedriger Geschwindigkeit senden. Da alle PID-Bytes vier 0-Bits enthalten, verlassen sie den Bus im K-Zustand mit voller Geschwindigkeit, der mit dem J-Zustand mit niedriger Geschwindigkeit identisch ist. Es folgt eine kurze Pause, in der die Hubs ihre Low-Speed-Ausgänge aktivieren, die sich bereits im J-Zustand befinden. Anschließend folgt ein Low-Speed-Paket, das mit einer Synchronisierungssequenz und einem PID-Byte beginnt und mit einer kurzen SE0-Periode endet. Andere Full-Speed-Geräte als Hubs können das PRE-Paket und seinen Low-Speed-Inhalt einfach ignorieren, bis der letzte SE0 anzeigt, dass ein neues Paket folgt.

Das Spezifikationsmodell USB 1.0 wurde 1996 eingeführt. USB wurde von der Kerngruppe der Unternehmen entwickelt, die aus Intel, Compaq, Microsoft, Digital, IBM und Northern Telecom bestand. Intel hat den UHCI-Host-Controller und den offenen Software-Stack entwickelt; Microsoft hat einen USB-Software-Stack für Windows erstellt und gemeinsam mit National Semiconductor und Compaq die OHCI-Host-Controller-Spezifikation verfasst. Philips produzierte früh USB-Audio; und TI produzierte die am häufigsten verwendeten Nabenchips. Ursprünglich war USB dazu gedacht, die Vielzahl an Anschlüssen auf der Rückseite von PCs zu ersetzen und die Softwarekonfiguration von Kommunikationsgeräten zu vereinfachen. Der ursprüngliche Apple „Bondi Blue“ iMac G3, der am 6. Mai 1998 eingeführt wurde, war der erste Computer, der USB-Anschlüsse ohne „alte“ Anschlüsse bot.[1] [2] USB 1.1 kam im September 1998 auf den Markt, um die Akzeptanzprobleme zu beheben, die bei früheren USB-Versionen auftraten, vor allem im Zusammenhang mit Hubs.[3] Die USB 2.0-Spezifikation wurde im April 2000 veröffentlicht und Ende 2001 von der USB-IF standardisiert. Hewlett-Packard, Intel, Lucent (heute LSI Corporation seit der Fusion mit dem Lucent-Spinoff Agere Systems), Microsoft, NEC und Philips leiteten gemeinsam die Initiative zur Entwicklung einer höheren Datenübertragungsrate, 480 Mbit/s, als die 1.1-Spezifikation von 12 Mbit/s. Die USB 3.0-Spezifikation wurde am 17. November 2008 von der USB 3.0 Promoter Group veröffentlicht. Es hat eine bis zu zehnmal schnellere Übertragungsrate als die USB 2.0-Version und wird als SuperSpeed ​​USB bezeichnet. Geräte, die einer beliebigen Version des Standards entsprechen, funktionieren auch mit Geräten, die nach einer früheren Spezifikation entwickelt wurden (bekannt als Abwärtskompatibilität).

USB implementiert Verbindungen zu Speichergeräten mithilfe einer Reihe von Standards, die als USB-Massenspeichergeräteklasse (als MSC oder UMS bezeichnet) bezeichnet werden. Dies war ursprünglich für herkömmliche magnetische und optische Laufwerke gedacht, wurde jedoch erweitert, um eine Vielzahl von Geräten, insbesondere Flash-Laufwerke, zu unterstützen. Diese Allgemeingültigkeit ist darauf zurückzuführen, dass viele Systeme mit der bekannten Methode der Dateimanipulation innerhalb von Verzeichnissen gesteuert werden können (der Prozess, ein neuartiges Gerät wie ein bekanntes Gerät aussehen zu lassen, wird auch als Erweiterung bezeichnet). Obwohl die meisten neueren Computer in der Lage sind, von USB-Massenspeichergeräten zu booten, ist USB nicht als primärer Bus für den internen Speicher eines Computers gedacht: Busse wie ATA (IDE), Serial ATA (SATA) und SCSI erfüllen diese Rolle. Allerdings hat USB einen wichtigen Vorteil: Es ist möglich, Geräte zu installieren und zu entfernen, ohne das Computergehäuse öffnen zu müssen, was es für externe Laufwerke nützlich macht. Ursprünglich für optische Speichergeräte (CD-RW-Laufwerke, DVD-Laufwerke usw.) konzipiert und auch heute noch verwendet, bieten einige Hersteller externe tragbare USB-Festplatten oder leere Gehäuse für Laufwerke an, die eine mit internen Laufwerken vergleichbare Leistung bieten. Diese externen Laufwerke enthalten normalerweise ein Übersetzungsgerät, das ein Laufwerk herkömmlicher Technologie (IDE, ATA, SATA, ATAPI oder sogar SCSI) mit einem USB-Anschluss verbindet. Funktionell erscheint das Laufwerk für den Benutzer wie ein internes Laufwerk. Andere konkurrierende Standards, die externe Konnektivität ermöglichen, sind eSATA und FireWire. Eine weitere Verwendung für USB-Massenspeichergeräte ist die tragbare Ausführung von Softwareanwendungen, ohne dass eine Installation auf dem Host-Computer erforderlich ist, z. Webbrowser, VoIP usw.

Ein USB-System ist asymmetrisch aufgebaut und besteht aus einem Host, einer Vielzahl von Downstream-USB-Anschlüssen und mehreren Peripheriegeräten, die in einer mehrstufigen Sterntopologie verbunden sind. In den Ebenen können zusätzliche USB-Hubs integriert werden, sodass eine Verzweigung in eine Baumstruktur mit bis zu fünf Ebenen möglich ist. Ein USB-Host kann über mehrere Host-Controller verfügen und jeder Host-Controller kann einen oder mehrere USB-Anschlüsse bereitstellen. Bis zu 127 Geräte, einschließlich der Hub-Geräte, können an einen einzelnen Host-Controller angeschlossen werden. USB-Geräte werden über Hubs in Reihe geschaltet. Es gibt immer einen Hub, den sogenannten Root-Hub, der in den Host-Controller integriert ist. Es gibt auch sogenannte „Sharing Hubs“, die es mehreren Computern ermöglichen, auf dieselben Peripheriegeräte zuzugreifen und den Zugriff zwischen PCs automatisch oder manuell umzuschalten. Sie sind in kleinen Büroumgebungen beliebt. In Bezug auf das Netzwerk konvergieren sie und nicht divergieren Zweige. Ein physisches USB-Gerät kann aus mehreren logischen Untergeräten bestehen, die als Gerätefunktionen bezeichnet werden. Ein einzelnes Gerät kann mehrere Funktionen bereitstellen, beispielsweise eine Webcam (Videogerätefunktion) mit integriertem Mikrofon (Audiogerätefunktion). Die Kommunikation von USB-Geräten basiert auf Pipes (logischen Kanälen). Pipes sind Verbindungen vom Host-Controller zu einer logischen Entität auf dem Gerät, die als Endpunkt bezeichnet wird. Der Begriff Endpunkt wird gelegentlich fälschlicherweise für die Pipe verwendet. Ein USB-Gerät kann bis zu 32 aktive Pipes haben, 16 in den Host-Controller hinein und 16 aus dem Controller heraus. Jeder Endpunkt kann Daten nur in eine Richtung übertragen, entweder in das Gerät hinein oder aus ihm heraus, sodass jede Pipe unidirektional ist. Endpunkte werden in Schnittstellen gruppiert und jede Schnittstelle ist einer einzelnen Gerätefunktion zugeordnet. Eine Ausnahme bildet der Endpunkt Null, der zur Gerätekonfiguration verwendet wird und keiner Schnittstelle zugeordnet ist. Wenn ein USB-Gerät zum ersten Mal an einen USB-Host angeschlossen wird, wird der USB-Geräteaufzählungsprozess gestartet. Die Aufzählung beginnt mit dem Senden eines Reset-Signals an das USB-Gerät. Bei der Reset-Signalisierung wird die Geschwindigkeit des USB-Geräts ermittelt. Nach dem Zurücksetzen werden die Informationen des USB-Geräts vom Host gelesen und dem Gerät dann eine eindeutige 7-Bit-Adresse zugewiesen. Wenn das Gerät vom Host unterstützt wird, werden die für die Kommunikation mit dem Gerät erforderlichen Gerätetreiber geladen und das Gerät in einen konfigurierten Zustand versetzt. Bei einem Neustart des USB-Hosts wird der Enumerationsprozess für alle angeschlossenen Geräte wiederholt. Der Host-Controller leitet den Datenverkehr zu den Geräten, sodass kein USB-Gerät ohne eine ausdrückliche Anfrage des Host-Controllers Daten auf dem Bus übertragen kann. Bei USB 2.0 fragt der Host-Controller den Bus nach Datenverkehr ab, normalerweise im Round-Robin-Verfahren. Bei SuperSpeed ​​USB kann das angeschlossene Gerät einen Dienst vom Host anfordern.

In der Informationstechnologie ist Universal Serial Bus (USB) ein serieller Busstandard zur Verbindung von Geräten mit einem Host-Computer. USB wurde entwickelt, um den Anschluss vieler Peripheriegeräte über eine einzige standardisierte Schnittstellenbuchse zu ermöglichen und die Plug-and-Play-Fähigkeiten durch Hot-Swapping zu verbessern, d. h. durch das Anschließen und Trennen von Geräten ohne Neustart des Computers oder Ausschalten des Geräts. Zu den weiteren praktischen Funktionen gehören die Stromversorgung von Geräten mit geringem Stromverbrauch, ohne dass eine externe Stromversorgung erforderlich ist, und die Möglichkeit, viele Geräte zu verwenden, ohne dass herstellerspezifische, individuelle Gerätetreiber installiert werden müssen. USB soll viele ältere Varianten serieller und paralleler Anschlüsse ersetzen. Über USB können Computerperipheriegeräte wie Mäuse, Tastaturen, PDAs, Gamepads und Joysticks, Scanner, Digitalkameras, Drucker, persönliche Mediaplayer, Flash-Laufwerke und externe Festplatten angeschlossen werden. Für viele dieser Geräte ist USB zur Standardverbindungsmethode geworden. USB wurde ursprünglich für Personalcomputer entwickelt, hat sich jedoch auch bei anderen Geräten wie PDAs und Videospielkonsolen durchgesetzt und dient als Überbrückungskabel zwischen einem Gerät und einem Netzteil, das zu Ladezwecken an eine Steckdose angeschlossen wird. Mit Stand von 2008[Update] gibt es weltweit etwa 2 Milliarden USB-Geräte.[Quellenangabe erforderlich] Das Design von USB wird vom USB Implementers Forum (USB-IF) standardisiert, einem Branchenstandardisierungsgremium, dem führende Unternehmen aus der Computer- und Elektronikindustrie angehören. Zu den namhaften Mitgliedern zählen Agere (jetzt fusioniert mit LSI Corporation), Apple Inc., Hewlett-Packard, Intel, NEC und Microsoft.

Mäuse und Tastaturen sind häufig mit USB-Anschlüssen ausgestattet, aber da die meisten PC-Motherboards seit 2007 immer noch über PS/2-Anschlüsse für Tastatur und Maus verfügen, werden sie oft mit einem kleinen USB-zu-PS/2-Adapter geliefert, der die Verwendung entweder mit USB- oder PS/2-Schnittstelle ermöglicht. In diesen Adaptern steckt keine Logik: Sie machen sich die Tatsache zunutze, dass solche HID-Schnittstellen mit Controllern ausgestattet sind, die sowohl das USB- als auch das PS/2-Protokoll bedienen können und automatisch erkennen, an welchen Porttyp sie angeschlossen sind. Auch Joysticks, Tastaturen, Tablets und andere Human-Interface-Geräte migrieren zunehmend von MIDI, PC-Game-Port und PS/2-Anschlüssen zu USB. Apple Macintosh-Computer verwenden seit Januar 1999 ausschließlich USB für alle externen kabelgebundenen Mäuse und Tastaturen. Der ursprüngliche iMac steigerte im August 1998 das öffentliche Bewusstsein für USB erheblich, da er die alten Anschlüsse verwarf und nur noch USB nutzte. PCs verfügten vor der Einführung des iMac über USB-Anschlüsse, diese waren jedoch mit einer vollständigen Ausstattung herkömmlicher Anschlüsse ausgestattet, was die Verbreitung von USB verlangsamte. Der Einfluss des iMac lässt sich an der Vielzahl der USB-Peripheriegeräte mit passenden durchscheinenden, farbigen Kunststoffgehäusen erkennen, die Ende der 90er und Anfang der 2000er Jahre erhältlich waren.

Die Full-Speed-Rate von 12 Mbit/s (1,5 MB/s) ist die grundlegende USB-Datenrate, die von USB 1.0 definiert wird. Alle USB-Hubs unterstützen Full Speed. Eine Low-Speed-Rate von 1,5 Mbit/s (187,5 kB/s) wird auch von USB 1.0 definiert. Es ist dem Vollgeschwindigkeitsbetrieb sehr ähnlich, außer dass die Übertragung jedes Bits achtmal so lange dauert. Es ist in erster Linie dazu gedacht, Kosten bei Human Interface Devices (HID) mit geringer Bandbreite wie Tastaturen, Mäusen und Joysticks zu sparen. Im Jahr 2001 wurde eine High-Speed-Rate (USB 2.0) von 480 Mbit/s (60 MB/s) eingeführt. Alle High-Speed-Geräte können bei Bedarf auf den Full-Speed-Betrieb zurückgreifen. Experimentelle Datenrate: Eine SuperSpeed ​​(USB 3.0)-Rate von 5,0 Gbit/s (625 MB/s). Die USB 3.0-Spezifikation wurde laut ersten Berichten von CNET News im August 2008 von Intel und seinen Partnern veröffentlicht. Produkte, die die Spezifikation 3.0 verwenden, werden voraussichtlich 2009 oder 2010 auf den Markt kommen. USB-Signale werden über ein Twisted-Pair-Datenkabel mit einer Impedanz von 90Ω ±15 % übertragen, gekennzeichnet mit D+ und Dâˆ'. Diese nutzen gemeinsam die Halbduplex-Differenzsignalisierung, um die Auswirkungen von elektromagnetischem Rauschen auf längere Leitungen zu bekämpfen. Die übertragenen Signalpegel betragen 0,0–0,3 Volt für niedrig und 2,8–3,6 Volt für hoch in den Modi Full Speed ​​(FS) und Low Speed ​​(LS) und -10–10 mV für niedrig und 360–440 mV für hoch im Modus High Speed ​​(HS). Im FS-Modus sind die Kabeladern nicht terminiert, aber der HS-Modus verfügt über einen Abschluss von 45 Ω zur Erde oder 90 Ω differenziell, um der Impedanz des Datenkabels zu entsprechen. Eine USB-Verbindung besteht immer zwischen einem Host oder Hub am „A“-Anschlussende und dem Upstream-Port eines Geräts oder Hubs am anderen Ende. Der Host verfügt über 15-kΩ-Pulldown-Widerstände auf jeder Datenleitung. Wenn kein Gerät angeschlossen ist, werden dadurch beide Datenleitungen auf Low in den sogenannten „Single-Ended Zero“-Zustand (SE0 in der USB-Dokumentation) gezogen und ein Reset oder eine getrennte Verbindung angezeigt. Ein USB-Gerät zieht eine der Datenleitungen mit einem 1,5-kΩ-Widerstand hoch. Dadurch wird einer der Pulldown-Widerstände im Host überlastet und die Datenleitungen bleiben in einem Ruhezustand namens „J“. Die Wahl der Datenleitung gibt Aufschluss über die Geschwindigkeitsunterstützung eines Geräts; Geräte mit voller Geschwindigkeit ziehen D+ hoch, während Geräte mit niedriger Geschwindigkeit Dâˆ' hoch ziehen. USB-Daten werden übertragen, indem die Datenleitungen zwischen dem J-Zustand und dem entgegengesetzten K-Zustand umgeschaltet werden. USB kodiert Daten nach der NRZI-Konvention; Ein 0-Bit wird übertragen, indem die Datenleitungen von J auf K oder umgekehrt umgeschaltet werden, während ein 1-Bit übertragen wird, indem die Datenleitungen unverändert bleiben. Um eine minimale Dichte an Signalübergängen zu gewährleisten, verwendet USB Bit-Stuffing; Nach jedem Auftreten von sechs aufeinanderfolgenden 1-Bits wird ein zusätzliches 0-Bit in den Datenstrom eingefügt. Sieben aufeinanderfolgende 1-Bits sind immer ein Fehler. Ein USB-Frame beginnt mit einer 8-Bit-Synchronisationssequenz 00000001. Das heißt, nach dem anfänglichen Ruhezustand J schalten die Datenleitungen KJKJKJKK um. Das letzte 1 Bit (wiederholter K-Zustand) markiert das Ende des Synchronisierungsmusters und den Beginn des eigentlichen USB-Frames. Das Ende eines USB-Frames, EOP (Ende des Pakets) genannt, wird dadurch angezeigt, dass der Sender 2 Bitzeiten von SE0 (D+ und D-, beide unter Vil max) und 1 Bitzeit von J-Status ansteuert. Danach hört der Sender auf, die D+/Dâˆ'-Leitungen anzusteuern, und die oben genannten Widerstände halten ihn im J-Zustand (Ruhezustand). Ein Empfänger benötigt möglicherweise zusätzliche Zeit, um den SE0-Status zu dekodieren, und sieht die Zeit des ersten Bits als Wiederholung des letzten Datenbits. Da USB-Frames immer ein Vielfaches von 8 Bit lang sind, kann dieses zusätzliche „Dribbelbit“ erkannt und ignoriert werden. Ein USB-Bus wird mithilfe eines längeren (10 bis 20 Millisekunden) SE0-Signals zurückgesetzt. USB 2.0-Geräte verwenden beim Zurücksetzen ein spezielles Protokoll, das sogenannte „Chirping“, um den Hochgeschwindigkeitsmodus mit dem Host/Hub auszuhandeln. Ein Gerät, das HS-fähig ist, stellt zunächst eine Verbindung als FS-Gerät her (D+ wird auf High gesetzt), aber wenn es einen USB-RESET erhält (sowohl D+ als auch D- werden vom Host für 10 bis 20 ms auf LOW gesetzt), zieht es die D--Leitung auf High. Wenn der Host/Hub auch HS-fähig ist, piepst er (gibt abwechselnd J- und K-Zustände auf D- und D+-Leitungen zurück) und teilt dem Gerät damit mit, dass der Hub mit hoher Geschwindigkeit arbeitet. Die Takttoleranz beträgt 480,00 Mbit/s ±500 ppm, 12,000 Mbit/s ±2500 ppm, 1,50 Mbit/s ±15000 ppm. Obwohl Hi-Speed-Geräte allgemein als „USB 2.0“ bezeichnet und mit „bis zu 480 Mbit/s“ beworben werden, sind nicht alle USB 2.0-Geräte Hi-Speed. Das USB-IF zertifiziert Geräte und vergibt Lizenzen zur Nutzung spezieller Marketinglogos für entweder „Basic-Speed“ (niedrig und voll) oder Hi-Speed, nachdem ein Konformitätstest bestanden und eine Lizenzgebühr bezahlt wurde. Alle Geräte werden gemäß der neuesten Spezifikation getestet, sodass kürzlich konforme Low-Speed-Geräte auch 2.0-Geräte sind. Der tatsächliche Durchsatz, der derzeit (2006)[Update] mit realen Geräten erreicht wird, beträgt etwa zwei Drittel der maximalen theoretischen Massendatenübertragungsrate von 53,248 MB/s. Typische High-Speed-USB-Geräte arbeiten mit niedrigeren Geschwindigkeiten, häufig insgesamt etwa 3 MB/s, manchmal bis zu 10–20 MB/s.

Das Kabel gibt es sowohl in Litzen- als auch in Massivleiterform. Die verseilte Form ist flexibler und hält mehr Biegungen stand, ohne zu brechen. Sie eignet sich für zuverlässige Verbindungen mit durchdringenden Steckverbindern, führt jedoch zu unzuverlässigen Verbindungen bei Schneidklemmverbindern. Die feste Form ist kostengünstiger und sorgt für zuverlässige Verbindungen bei Schneidklemmverbindern, sorgt jedoch für unzuverlässige Verbindungen bei Schneidklemmverbindern. Unter Berücksichtigung dieser Aspekte besteht die Gebäudeverkabelung (z. B. die Verkabelung innerhalb der Wand, die eine Wandsteckdose mit einem zentralen Patchfeld verbindet) aus massivem Kern, während Patchkabel (z. B. das bewegliche Kabel, das an einem Ende in die Wandsteckdose und am anderen in einen Computer gesteckt wird) verseilt sind. Die äußere Isolierung besteht typischerweise aus PVC oder LSOH. Kabeltypen, Steckertypen und Verkabelungstopologien werden durch TIA/EIA-568-B definiert. Für den Anschluss von Kabeln der Kategorie 5 werden fast immer 8P8C-Modularsteckverbinder verwendet, oft fälschlicherweise als „RJ-45“ bezeichnet. Die spezifische Kategorie des verwendeten Kabels kann anhand des Aufdrucks auf der Seite des Kabels identifiziert werden. Das Kabel ist entweder im T568A-Schema oder im T568B-Schema abgeschlossen. Es macht keinen Unterschied, welcher verwendet wird, da beide direkt durchgesteckt sind (Pin 1 zu 1, Pin 2 zu 2 usw.); Gemischte Kabeltypen sollten jedoch nicht in Reihe geschaltet werden, da sich die Impedanz pro Paar geringfügig unterscheidet und zu einer Signalverschlechterung führen kann. Der Artikel Ethernet über Twisted Pair beschreibt, wie das Kabel für Ethernet verwendet wird, einschließlich spezieller „Cross Over“-Kabel.

Cat 5 e-Kabel ist eine erweiterte Version von Cat 5, die Spezifikationen für Gegensprechen am anderen Ende hinzufügt. Er wurde 2001 offiziell als TIA/EIA-568-B-Standard definiert, der die ursprüngliche Cat-5-Spezifikation nicht mehr anerkennt. Obwohl 1000BASE-T für die Verwendung mit Cat-5-Kabeln konzipiert wurde, ist es aufgrund der strengeren Spezifikationen für Cat-5e-Kabel und -Anschlüsse eine ausgezeichnete Wahl für die Verwendung mit 1000BASE-T. Trotz der strengeren Leistungsspezifikationen ermöglicht das Cat-5e-Kabel keine größeren Kabelentfernungen für Ethernet-Netzwerke: Kabel sind immer noch auf eine maximale Länge von 100 m (328 ft) begrenzt (normale Praxis besteht darin, feste („horizontale“) Kabel auf 90 m zu begrenzen, um bis zu 5 m Patchkabel an jedem Ende zu ermöglichen, was insgesamt dem zuvor genannten Maximum von 100 m entspricht). Die Leistungsmerkmale und Testmethoden für Cat-5e-Kabel sind in TIA/EIA-568-B.2-2001 definiert.