USB und Firewire - Funktionalitäten und Anwendungen

In den folgenden Kapiteln werden nun die Architektur, die automatische Konfiguration, die Datenübertragungsarten, die Übertragungsgeschwindigkeiten und der Kabelaufbau im einzelnen erläutert. Am Ende des Kapitels werden noch Anwendungsbeispiele für beide Schnittstellen zusammengefasst.

In diesem Kapitel wird im einzelnen auf die physikalische und logische Topologie der beiden Interfaces eingegangen. Es werden Aufbau, Anschlussmöglichkeiten und die grundlegende Datenübertragung zwischen Computer und Geräte definiert.

Die physikalische Topologie (=> zeigt wie die Geräte tatsächlich angesteckt werden müssen) eines USB ist eine kaskadierte Sternstruktur (Abb. 2, Seite 5). Die Spitze dieser Struktur ist immer der USB-Hostadapter (Host = PC/Rechner) im Computer, der alle Vorgänge steuert. An diesem Ausgang liegt immer der Root-Hub. Hier können entweder einzelne Geräte, oder mit dem Anschluss von USB-Hubs mehrere Geräte angeschlossen werden. Hubs sind Geräte, die Verzweigungen an ein bestehendes Port (= Eingangs-/Ausgangskanal) ermöglichen. Sie dürfen allerdings keine Anforderungen durch den Host schicken; genauso wie die Endgeräte. Die Endgeräte an einem Baum werden Function bezeichnet.

Abb. 22: Physikalische USB-Struktur

Abb. 33: Logische USB-Topologie

Die logische Topologie (=> zeigt wie der USB im logischen Sinn arbeitet) ist die Sternstruktur (Abb. 3). Da nur der Host eine Masterfunktion besitzt, fehlen in der logischen Struktur die Hubs. Nur der Host hat die Berechtigung, selbst zu senden und zu empfangen. Deshalb werden die angesteckten Geräte vom Host regelmäßig abgefragt, ob sie etwas zu melden haben. Der Host managet alle Vorgänge durch eine Host-Software und einem Host-Controller (= Steckkarte oder On Board) auf dem Motherboard, und leitet diese an den Root-Hub (=> ist meist im Host integriert) weiter. Der Root-Hub ist für die Steuerung der anhängenden USB Peripherie verantwortlich. Er steuert die Stromzufuhr, sperrt oder schaltet Ports frei, er erkennt den Dis-/Connect-Status von Geräten und er übernimmt die Statusverwaltung der einzelnen Ports. In den meisten Fällen stellt der Root-Hub 2 Ports an der Computerrückseite zur Verfügung. Bei USB 1.1 sind insgesamt 5 Ebenen erlaubt (inkl. Root-Hub). USB 2.0 erlaubt hingegen schon 7 Ebenen inklusive dem Root-Hub. Es dürfen also zwischen Root-Hub und Function nur 5 Hubs nacheinander geschaltet werden. „Der USB 1.1 Datentransfer vom Host zur Function (= Downstream-Richtung) erfolgt im Broadcast-Modus, d.h. alle Daten, die der Host sendet werden durch die Hubs an alle Geräte verteilt.“4 Das Gerät, das seine Adresse im Datenpaket erkennt, antwortet. Die Antwort geschieht auf dem kürzesten Weg von der Function, über den Root-Hub, zum Host (= Upstream-Richtung). Dabei gibt es vier Transferarten die später noch genauer erklärt werden. Eine Kommunikation zwischen den Functions ist nicht möglich. Es muss immer der Host dazwischen geschaltet sein.