Grundbegriffe des Datentransports und der Bitübertragung

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Alt aber grundlagentechnisch interessant

Betrachten wir jetzt den konkreten Fall, wie zwar immer seltener in der Praxis vorkommt, aber dennoch gut für das Grundlagenverständnis geeignet ist: die Datenübertragung via Modem auf einer analogen Telefonleitung.

Bandbreite wird auch heute oft noch in Schwingungen pro Sekunde oder Hertz (Hz) ausgedrückt. Das kommt noch aus den Zeiten, als alles analog war. So stellt das Telefonnetz z.B. für jeden Anschluss eine Bandbreite von ca. 3,5 kHz bereit, mehr benötigt man für Sprache nicht. Eine gute Stereoanlage erreicht pro Kanal eine Bandbreite von mindestens 20 kHz. Ein UKW-Radiosender, der selbstverständlich in Stereo überträgt, benötigt deshalb mindestens 50 kHz Bandbreite für eine ordentliche Übertragung.

Glücklicherweise gibt es feste mathematische Beziehungen zwischen den Bits pro Sekunde und der Bandbreite in Hertz. Denn bei rein binärer Übertragung lassen sich höchstens zwei Bits pro Sekunde in ein Hertz hineinpacken. In eine normale Telefonleitung würden demnach also z.B. 7 kbps hineinpassen.

Mehr wird erst mit einigen Tricks möglich. Ein analoges Signal ist durch seine Signalspannung, die Signalfrequenz und die Phasenlage gekennzeichnet. Und es ist daher pure Verschwendung, die Nullen und Einsen nur auf bestimmte Signale abzubilden, die man dann sozusagen im Takt der Nullen und Einsen hintereinander auf die Leitung schickt. Codiert man das digitale, binäre Signal dagegen beispielsweise in vier Elemente, also z.B. vier unterschiedliche Signalfrequenzen (Töne), so kann man die Bandbreite verdoppeln. Bei einer normalen Telefonleitung wären auf diese Weise also schon Transferraten von rund 14 kbps drin.

Eine weitere charakteristische Eigenschaft des Datenverkehrs ist, dass durch die Verarbeitung der Rechenanlage oder des Benutzers immer wieder auch Pausen entstehen. Hält man nun, einfach gesprochen, eigentlich zu übertragende Bits in einem Speicher zurück und überträgt sie in der nächsten Pause, lässt sich die nominelle Datenrate noch weiter steigern. Eine solche Vorgehensweise bezeichnet man auch als Datenkompression. Man nutzt sie immer dann, wenn es darauf ankommt, eine teure Leitung bestmöglich auszulasten.

So kann man auf einer simplen Telefonleitung auch 28 kbps oder mehr unterbringen. Genau das tun moderne Modems. T-Online unterstützt analoge Modems mit 56 kbps, in den USA sind Modems mit 115 kbps Standard.

Die Anwendung der genanten Tricks benötigt allerdings eine relativ komplizierte Elektronik, die nur bei recht geringen Datenraten billig herzustellen ist. Bei schnelleren und rein digitalen Systemen, besonders solchen mit Geschwindigkeiten über 10 Mbps, verzichtet man meist auf solche Optimierungen und jagt die Bits relativ roh über die Leitung.

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