Datenübertragung

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Einleitung

Datenübertragung, Sammelbegriff für verschiedene Verfahren zur Übermittlung digitaler Daten über meist öffentlich verfügbare Kommunikationskanäle. Prinzipiell lässt sich jede Datenübertragung in zwei Ebenen unterteilen:

• 1.) die physische Ebene (verwendete Leitungen und Kommunikationseinrichtungen);
• 2.) die Protokollebene (betrifft den Datenaustausch der Kommunikationseinrichtungen untereinander).

Auf physischer Ebene können letztendlich alle heute bekannten Medien von Kupferleitungen über Funk bis hin zu Hochgeschwindigkeits-Glasfasernetzen (siehe Faseroptik) verwendet werden. Die verwendeten Kommunikationseinrichtungen – auch Endgeräte genannt – bereiten die zu übertragenden Daten entsprechend des von ihnen verwendeten Übertragungsprotokolls so auf, dass sie über das gewünschte Medium übertragen werden können.

Im privaten Bereich wird die Datenübertragung u. a. über so genannte Modems (MoDem = Modulator-Demodulator) abgewickelt, die eine digitale Information in akustische Signale, also hörbare Töne, umwandeln, die dann über normale Telefonleitungen übertragen und auf der Gegenseite von einem weiteren Modem wieder zurückübersetzt werden. Die schnellsten Modems erreichen eine physikalische Übertragungsgeschwindigkeit von 28 800 Bits pro Sekunde (bps) und sind meistens auch in der Lage, Daten während der Übertragung zu komprimieren und damit einen noch höheren Durchsatz zu erreichen. Zusätzlich verfügen die meisten Modems über spezielle Algorithmen zur Fehlerkorrektur. Intelligente Modems können dadurch bis zu einem gewissen Grad Übertragungsfehler ausgleichen.

Um den Datenaustausch zwischen Modems zu erleichtern, etablierten sich so genannte Bulletin Board Systems (BBS, sinngemäß auch als Mailbox bezeichnet). Diese elektronischen Äquivalente eines schwarzen Brettes erlauben den (zeitversetzten) Austausch von Nachrichten und Dateien zwischen Benutzern dieser Systeme.

Eine Weiterentwicklung der Mailboxen stellen Onlinedienste wie beispielsweise T-online und America Online dar. Diese Dienste sind vergleichbar mit sehr großen kommerziellen Bulletin Board Systems, die per Datenübertragung Informationen anbieten. Der Zugang zu solchen Systemen ist nur registrierten Benutzern möglich, die dafür eine monatliche Gebühr bezahlen. Online-Dienste bieten üblicherweise auch Zugriff auf andere Dienste und auf globale Netzwerke wie etwa das Internet an.

Neuerdings wird das Modem als Standard-Endgerät von moderneren, digitalen Kommunikationseinrichtungen abgelöst. Populär sind z. B. ISDN-Karten, die einen Zugriff auf das neue digitale ISDN-Netzwerk bieten (ISDN = Integrated Services Digital Network). ISDN erlaubt eine wesentlich höhere Übertragungsgeschwindigkeit von maximal 2×64 Kilobits pro Sekunde je Standard-ISDN-Anschluss und garantiert darüber hinaus fehlerfreie Übertragungen. Es ist damit für Datenübertragung wesentlich besser geeignet als analoge Kommunikationseinrichtungen (z. B. Modems).

Jeder Standard-ISDN-Anschluss verfügt über zwei so genannte B-Kanäle zur Datenübertragung (mit einer Bandbreite von je 64 Kilobits pro Sekunde) und einen so genannten D-Kanal (16 Kilobits pro Sekunde), der als Protokollkanal dient und für den Leitungsaufbau und die Steuerung der Datenübertragung verwendet wird. Ein weiterer Kanal (48 Kilobits pro Sekunde) dient zur Synchronisation.

Einen noch schnelleren Zugang zum Internet bietet die so genannte DSL-Technik (Digital Subscriber Line). Je nach DSL-Variante lassen sich theoretisch bis zu 52 Megabits pro Sekunde via Kupferkabel übertragen.

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Datenübertragung über Netzwerke

Datenübertragung kann nicht nur über Direktverbindungen zwischen zwei Endgeräten betrieben werden, sondern auch über Netze. Dabei werden die Daten nicht direkt an den Empfänger, sondern an eine Zwischenstation (Server, Gateway, Hub oder Router) geschickt, der die Information eventuell wiederum an eine andere Zwischenstation weiterreicht, bis sie schließlich beim Empfänger angekommen ist. Ein sehr populäres und weltweit verfügbares Netzwerk ist das Internet. Über so genannte Provider kann per Modem oder ISDN-Adapter eine Verbindung zu diesem Netzwerk aufgebaut werden. Für den Austausch von Daten über das Internet wird das Protokoll TCP/IP (Transmission Control Protocol over Internet Protocol) verwendet. Zur Datenübertragung stehen verschiedene Dienste wie FTP (File Transfer Protocol) oder E-Mail (elektronische Post) zur Verfügung, die letztendlich selbst nur spezialisierte Transportprotokolle sind, die auf TCP/IP aufsetzen. Allgemein bekannt wurde das Internet vor allem durch einen neuen Dienst, das so genannte World Wide Web (WWW), das den direkten Zugriff auf Dokumente in der ganzen Welt ermöglicht.

Ein spezieller Aspekt der Datenübertragung ist die Kommunikation per E-Mail. Unabhängig ob über Internet oder andere Netzwerke erlaubt diese elektronische Form der Post einen wesentlich günstigeren, schnelleren und zuverlässigeren Versand von Informationen, als dies über die herkömmliche Post möglich wäre. Jeder E-Mail-Teilnehmer hat eine eigene elektronische Adresse, über die er meistens auch aus anderen Netzen erreichbar ist.

Bei der Datenübertragung über Netze ist es von großer Bedeutung, welcher Art die Daten sind. „Dumme” Netze befördern alle Daten, ohne dabei eine Unterscheidung vorzunehmen. Das führt zu großen Problemen bei der Übertragung zeitkritischer Daten (z. B. Video- und Sprachdaten). Deshalb wurden neue Verfahren entwickelt, führend ist hier ATM (Asynchronous Transfer Mode), eine Methode zur dynamischen Bandbreitenzuordnung bei gleichzeitig festen Paketgrößen. Beide Seiten einer Übertragung vereinbaren dabei vor der Übertragung die benötigte Bandbreite, die Art der Übertragung und andere Parameter. Das hat im Vergleich zu anderen Übertragungsverfahren den Vorteil, dass zeitkritische Daten nicht mehr über spezielle Netzwerke oder Verbindungen übertragen werden müssen, sondern gemischt mit beliebigen anderen Daten befördert werden können.

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Jüngere Entwicklungen

Viel versprechend für künftige Datenübertragungssysteme scheint die so genannte Photonik zu sein. Bei dieser Technik handelt es sich um die optische Nachrichtenübertragung. Als Trägermedium für die digitalisierten Informationen dienen in diesem Fall Lichtwellen (genauer die Photonen). So gelang es beispielsweise im August 1998 mit Hilfe von Lichtwellenleitertechnik, eine Datenmenge von 2,5 Gigabit pro Sekunde zu transportieren. Diese Leistung wurde auf einer 110 Kilometer langen Teststrecke zwischen dem Forschungszentrum Jülich und dem GMD-Forschungszentrum Informationstechnik in Sankt Augustin-Birlingshoven erzielt. Im März 2000 konnte ein amerikanisches Forschungsteam sogar 3,28 Terabits (mehr als drei Billionen Bits pro Sekunde) durch ein 300 Kilometer langes Lichtwellenleiterkabel übertragen.

Experten räumen auch der optischen Datenübertragung mit polarisiertem Licht große Zukunftschancen ein. Erste erfolgreiche Versuche hierzu gelangen US-amerikanischen Forschern Ende 2001. Die mit Hilfe eines Ringlasers erzeugten Signale waren weniger anfällig gegen Übertragungsstörungen.

Siehe auch Optoelektronik