Datenübertragung
Die Datenübertragung vereint Methoden, um Informationen von einem Sender (Informationsquelle) zu einem Empfänger (Informationssenke) zu übermitteln. Informationen werden durch elektrische oder optische Signale oder elektromagnetische Wellen transportiert. Technisch gesehen, übermittelt der Sender das Signal in Form einer physikalischen Größe an den Empfänger. Dort wird das Signal gemessen. Bei elektrischen Signalen wird eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom gemessen. Bei optischen Signalen wird das Licht bzw. seine unterschiedlichen Farben gemessen.
In der Datenübertragung bezeichnet man die zu übermittelnden Nachrichten oder Informationen als Daten. Diese Daten werden in der modernen Kommunikationstechnik als eine Folge von Bits dargestellt. Ein Bit ist die kleinste Informationseinheit oder der kleinste Informationsträger, der nur zwei Zustände annehmen kann. Diese beiden Zustände werden häufig durch 0 und 1 symbolisiert. Es sind aber auch andere gegensätzliche Zustandsformen denkbar. Wie zum Beispiel Licht an und aus. Die Verarbeitung und Übertragung der Daten erfolgt in der Regel in Form von Bitfolgen.
Für die Übertragung stehen unterschiedliche Übertragungsstrecken zur Verfügung. Für elektrische Signale werden Kupferkabel verwendet. Optische Signale werden über Glasfaserkabel übertragen. Und für elektromagnetische Wellen dient der freie Raum (Luft) als Übertragungsmedium.
Die Datenübertragungsrate bezeichnet die Datenmenge, die innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit über ein Übertragungsmedium übertragen wird. Die Zeiteinheit ist in der Regel die Sekunde. Das kleinste Maß für die Datenmenge ist das Bit. Deshalb spricht man auch von der Bitrate, die in Bit pro Sekunde (Bit/s oder bps) angegeben wird. Oft werden Vielfache dieser Einheit verwendet. Zum Beispiel 1 kBit/s für 1.000 Bit/s oder 1 MBit/s für 1.000.000 Bit/s.
Die real existierenden Übertragungsmedien sind sowohl in ihrer Bandbreite begrenzt als auch verschiedenen Störungen unterworfen und damit die maximale Übertragungsrate eingeschränkt. Die Bandbreite des Übertragungsmediums bestimmt, wie viele Bits pro Sekunde übertragen werden können. Die meisten Übertragungssysteme können pro Übertragungsschritt mehrere Bits übertragen. Die Störungen während der Übertragung begrenzen den Informationsgehalt pro Übertragungsschritt.
Um bestmögliche Bedingungen für die Datenübertragung zu schaffen wurden in der Elektronik und Kommunikationstechnik Multiplex- und Modulationsverfahren entwickelt. Multiplexverfahren verschachteln mehrere Signale ineinander, um den Übertragungsweg mehrfach zu nutzen. Modulationsverfahren bringen die Signale in eine bestimmte physikalische Form, damit die Signale möglichst unverändert oder zumindest erkenn- bzw. messbar beim Empfänger ankommen.
Die Elektronik der Datenübertragung basiert auf integrierten Schaltkreisen, die aus hochkomplexen elektronischen Schaltungen und die wiederum aus vielen Halbleiterbauelemente bestehen. Dank der Miniaturisierung dieser Halbleiter sind wir in der Lage, umfangreiche Funktionen auf kleinstem Raum in jedes elektronische Gerät einzubauen. In der Kommunikationstechnik stellen diese komplexen hochintegrierten Schaltkreise die Verbindungen zwischen Sender und Empfänger her und sorgen für eine möglichst hohe Datenübertragungsrate.
Datenübertragung über das Telefonnetz (Leitungsvermittlung)
Die Leitungsvermittlung (circuit switching) stellt zwischen den Teilnehmern eine physikalische Verbindung über mehrere Vermittlungsstationen für die Dauer der Übertragung her. Das Telefonnetz basiert auf der Leitungsvermittlung. Jedes Telefongespräch wird auf einer geschalteten Leitung zwischen zwei Teilnehmer übertragen.
Das Telefonnetz wurde hauptsächlich für die Übertragung von Telefongesprächen entwickelt. Im Lauf der Zeit wurde die Übertragung von Daten immer wichtiger und die Verfügbarkeit des Telefonnetzes immer öfter dafür "missbraucht".
Zwar ist ein Telefonnetzwerk auch für die Übertragung von Daten geeignet, aber nur mit technischen Tricks, die sich nicht schnell genug weiterentwickeln konnten, um die ständig gestiegenen Anforderungen an die Bandbreite abdecken zu können. Die Bedeutung der Vernetzung von Daten und Menschen und der Übertragung enormer Datenmengen hat in den vergangenen Jahren ständig zugenommen. Spätestens mit der Einführung des Internets und der Übertragung von Bild-, Audio- und Videodaten, hat sich die für Sprache ausgelegte Übertragungstechnik als Flaschenhals erwiesen. Das Internet mit dem World Wide Web und E-Mail haben die Bedeutung von Datennetzwerken mit hohen Bandbreiten aufgezeigt. Aus diesem Grund ist die Datenübertragung über das Telefonnetz ein Auslaufmodell.
Die Telefonnetze sind darauf ausgelegt, eine kleine Anzahl an kurz dauernden Verbindungen abzuwickeln. Das Telefonnetz hat weder die Bandbreite, noch die Kapazität sehr viele gleichzeitige Verbindungen zu ermöglichen. Die Möglichkeit über das Telefonnetz Daten zu übertragen ist eher eine Option, als ein integriertes Leistungsmerkmal. Auch mit ISDN hat sich das nicht wesentlich geändert, wenn auch die Stabilität der Verbindungen wesentlich besser ist.
Insbesondere der Internet-Zugang über einen Wählzugang ist weder technisch noch ökonomisch sinnvoll. Um durch die steigenden Internet-Einwahlen das Telefonnetz vor Überlastung zu schützen, wurden schnell alternative und breitbandige Zugangstechniken entwickelt. Unter anderem ADSL und Kabelmodemtechnik.
Netzwerktechnik (Paketvermittlung)
Bei der Paketvermittlung bzw. Speichervermittlung werden die Daten oder Informationen in Pakete aufgeteilt. Der Dienst bzw. die Anwendung übergibt die einzelnen Pakete an das Kommunikationssystem und versieht sie mit der Zieladresse und weiteren Vermittlungsinformationen.
In der Netzwerktechnik hat sich von Anfang an ein paketvermittelnde Vermittlungstechnik (Ethernet/TCP/IP) durchgesetzt. Und auch in der Kommunikationstechnik hat sich abgezeichnet, dass Daten am besten digital und Paket-orientiert übertragen werden. In der Kommunikationstechnik wird die paketvermittelnde IP-Technik die leitungsvermittelnde Übertragung und Vermittlungstechnik verdrängen. Die IP-Technik bringt erhebliche Vereinfachungen in der Netzinfrastruktur.