Funktürme am Aussichtspunkt Pine Hill

Datenkommunikation ist die Übertragung von Daten über einen Punkt-zu-Punkt- oder Punkt-zu-Mehrpunkt -Kommunikationskanal. Sie umfasst Datenübertragung und Datenempfang und lässt sich in analoge und digitale Kommunikation unterteilen . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

Die analoge Datenkommunikation überträgt Sprach-, Daten-, Bild-, Signal- oder Videoinformationen mithilfe eines kontinuierlichen Signals, dessen Amplitude, Phase oder andere Eigenschaften variieren. Bei der Basisband -Analogübertragung werden Nachrichten durch eine Impulsfolge mittels eines Leitungscodes dargestellt ; bei der Durchlassband -Analogübertragung erfolgen die Übertragungen durch eine begrenzte Anzahl kontinuierlich variierender Wellenformen mithilfe eines digitalen Modulationsverfahrens . Die Modulation und Demodulation im Durchlassband werden von Modemgeräten durchgeführt .

Digitale Übertragung und digitaler Empfang bezeichnen die Übertragung entweder eines digitalisierten analogen Signals oder eines von Grund auf digitalen Bitstroms . [ 1 ] Die digitale Basisbandübertragung wird als Teil eines digitalen Signals betrachtet, während die Durchlassbandübertragung digitaler Daten auch oder alternativ als eine Form der Digital-Analog-Wandlung angesehen werden kann .

Zu den Datenkommunikationskanälen gehören Kupferleitungen , Glasfasern , drahtlose Kommunikation über Funkfrequenzen , Speichermedien und Computerbusse . Die Daten werden als elektromagnetisches Signal dargestellt , beispielsweise als elektrische Spannung , Radiowelle , Mikrowellen- oder Infrarotsignal .

Die digitale Datenübertragung gehört traditionell zur Telekommunikation und Elektrotechnik . Grundlegende Prinzipien der Datenübertragung werden auch im Rahmen der Datenkommunikation in der Informatik oder Computertechnik behandelt. Dazu gehören auch Anwendungen und Kommunikationsprotokolle von Rechnernetzen , beispielsweise Routing, Switching und Interprozesskommunikation . Obwohl das Transmission Control Protocol (TCP) die Übertragung von Daten beinhaltet, werden TCP und andere Transportprotokolle zwar in der Rechnernetztechnik behandelt, jedoch nicht explizit in Lehrbüchern oder Kursen zur Datenübertragung.

In den meisten Lehrbüchern bezeichnet der Begriff „analoge Übertragung“ ausschließlich die Übertragung eines analogen Nachrichtensignals (ohne Digitalisierung) mittels eines analogen Signals, entweder als unmoduliertes Basisbandsignal oder als Durchlassbandsignal unter Verwendung eines analogen Modulationsverfahrens wie AM oder FM . Er kann auch analog-über-analog pulsmodulierte Basisbandsignale wie die Pulsweitenmodulation umfassen. In einigen wenigen Werken aus dem Bereich der Rechnernetze bezieht sich der Begriff „analoge Übertragung “ auch auf die Durchlassbandübertragung von Bitströmen unter Verwendung digitaler Modulationsverfahren wie FSK , PSK und ASK . [ 1 ]

Die theoretischen Aspekte der Datenübertragung werden durch die Informationstheorie und die Codierungstheorie abgedeckt .

Protokollschichten und Unterthemen

Kurse und Lehrbücher im Bereich der Datenübertragung behandeln typischerweise die folgenden Protokollschichten und Themen des OSI-Modells :

Es ist auch üblich, sich mit dem schichtübergreifenden Design dieser drei Schichten zu befassen. [ 7 ]

Anwendungen und Geschichte

Daten (hauptsächlich, aber nicht ausschließlich Informationen ) werden seit den Anfängen der Kommunikation auf nicht-elektronischem Wege (z. B. optisch , akustisch , mechanisch ) übertragen . Analoge Signaldaten werden seit der Erfindung des Telefons elektronisch gesendet . Die ersten Anwendungen elektromagnetischer Datenübertragung in der Neuzeit waren jedoch die elektrische Telegrafie (1809) und Fernschreiber (1906), die beide digitale Signale übertragen. Die grundlegenden theoretischen Arbeiten zur Datenübertragung und Informationstheorie von Harry Nyquist , Ralph Hartley , Claude Shannon und anderen im frühen 20. Jahrhundert wurden mit Blick auf diese Anwendungen durchgeführt.

Anfang der 1960er Jahre erfand Paul Baran die verteilte adaptive Nachrichtenblockvermittlung für die digitale Sprachkommunikation mithilfe kostengünstiger Elektronik. [ 8 ] [ 9 ] Donald Davies entwickelte und implementierte zwischen 1965 und 1967 die moderne Datenkommunikation, darunter Paketvermittlung , Hochgeschwindigkeitsrouter , Kommunikationsprotokolle , hierarchische Computernetzwerke und das Prinzip der Ende-zu-Ende-Kommunikation . [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] Barans Arbeit umfasste weder Router mit Software-Switches und Kommunikationsprotokollen noch die Idee, dass die Zuverlässigkeit von den Nutzern und nicht vom Netzwerk selbst abhängt . [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] Beide Entwicklungen waren wegweisend und beeinflussten die Entwicklung von Computernetzwerken maßgeblich . [ 17 ] [ 18 ]

Die Datenübertragung wird in Computern über Computerbusse und zur Kommunikation mit Peripheriegeräten über Parallel- und serielle Schnittstellen wie RS-232 (1969), FireWire (1995) und USB (1996) genutzt. Die Prinzipien der Datenübertragung werden seit 1951 auch in Speichermedien zur Fehlererkennung und -korrektur eingesetzt . Die erste praktische Methode zur Lösung des Problems der korrekten Datenempfangs durch den Empfänger mithilfe digitaler Codes war der Barker-Code, der 1952 von Ronald Hugh Barker entwickelt und 1953 veröffentlicht wurde. [ 19 ] Datenübertragung findet Anwendung in Computernetzwerkgeräten wie Modems (1940), LAN- Adaptern (1964), Repeatern , Repeater-Hubs , Mikrowellenverbindungen , WLAN-Zugangspunkten (1997) usw.

In Telefonnetzen wird digitale Kommunikation genutzt, um viele Telefongespräche über dasselbe Kupfer- oder Glasfaserkabel mittels Pulscodemodulation (PCM) in Kombination mit Zeitmultiplexverfahren (TDM) zu übertragen (1962). Telefonzentralen sind digital und softwaregesteuert geworden und ermöglichen so zahlreiche Mehrwertdienste. Beispielsweise wurde die erste AXE-Telefonzentrale 1976 vorgestellt. Digitale Kommunikation für Endnutzer über ISDN-Dienste ( Integrated Services Digital Network ) wurde Ende der 1980er-Jahre verfügbar. Seit Ende der 1990er-Jahre haben sich Breitbandzugangstechniken wie ADSL , Kabelmodems , Glasfaser bis ins Gebäude (FTTB) und Glasfaser bis ins Haus (FTTH) auch in kleinen Büros und Privathaushalten weit verbreitet. Derzeit geht der Trend dahin, traditionelle Telekommunikationsdienste durch paketbasierte Kommunikation wie IP-Telefonie und IPTV zu ersetzen .

Die digitale Übertragung analoger Signale ermöglicht eine deutlich verbesserte Signalverarbeitung . Durch die Verarbeitung von Kommunikationssignalen können Fehler, die durch Zufallsprozesse entstehen, erkannt und korrigiert werden. Digitale Signale können zudem abgetastet statt kontinuierlich überwacht werden. Das Multiplexen mehrerer digitaler Signale ist wesentlich einfacher als das Multiplexen analoger Signale. Aufgrund all dieser Vorteile, der enormen Nachfrage nach der Übertragung von Computerdaten und der entsprechenden Leistungsfähigkeit digitaler Kommunikationssysteme sowie der jüngsten Fortschritte bei Breitband- Kommunikationskanälen und Halbleiterelektronik, die es Ingenieuren ermöglicht haben, diese Vorteile voll auszuschöpfen, hat die digitale Kommunikation ein rasantes Wachstum erfahren.

Die digitale Revolution hat auch zu zahlreichen digitalen Telekommunikationsanwendungen geführt, in denen die Prinzipien der Datenübertragung Anwendung finden. Beispiele hierfür sind Mobilfunk der zweiten Generation (1991) und spätere Mobilfunknetze , Videokonferenzen , digitales Fernsehen (1998), Digitalradio (1999) und Telemetrie .

Datenübertragung, auch digitale Übertragung oder digitale Kommunikation genannt, bezeichnet die Übertragung von Daten über einen Punkt-zu-Punkt- oder Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikationskanal. Beispiele für solche Kanäle sind Kupferleitungen, Glasfasern, drahtlose Kommunikationskanäle, Speichermedien und Computerbusse. Die Daten werden als elektromagnetisches Signal dargestellt , beispielsweise als elektrische Spannung, Radiowelle, Mikrowelle oder Infrarotlicht.

Während die analoge Übertragung die Übertragung eines kontinuierlich veränderlichen analogen Signals über einen analogen Kanal bezeichnet, ist die digitale Kommunikation die Übertragung diskreter Nachrichten über einen digitalen oder analogen Kanal. Die Nachrichten werden entweder durch eine Impulsfolge mittels eines Leitungscodes (Basisbandübertragung) oder durch eine begrenzte Menge kontinuierlich veränderlicher Wellenformen (Passbandübertragung) mithilfe eines digitalen Modulationsverfahrens dargestellt. Die Passbandmodulation und die zugehörige Demodulation (auch Detektion genannt) werden von Modemgeräten durchgeführt. Gemäß der gängigsten Definition eines digitalen Signals gelten sowohl Basisband- als auch Passbandsignale, die Bitströme repräsentieren, als digitale Übertragung. Eine alternative Definition betrachtet hingegen nur das Basisbandsignal als digital und die Passbandübertragung digitaler Daten als eine Form der Digital-Analog-Wandlung.

Die übertragenen Daten können digitale Nachrichten sein, die von einer Datenquelle stammen, beispielsweise einem Computer oder einer Tastatur. Es kann sich aber auch um ein analoges Signal handeln, wie etwa ein Telefongespräch oder ein Videosignal, das in einen Bitstrom digitalisiert wird, beispielsweise mittels Pulscodemodulation (PCM) oder komplexerer Quellcodierungsverfahren (Analog-Digital-Wandlung und Datenkomprimierung). Diese Quellcodierung und -decodierung erfolgt durch Codec-Geräte.

Serielle und parallele Übertragung

In der Telekommunikation bezeichnet die serielle Übertragung die sequentielle Übertragung von Signalelementen , die ein Zeichen oder eine andere Dateneinheit repräsentieren . Digitale serielle Übertragungen sind Bits, die sequenziell über eine einzelne Leitung, Frequenz oder einen optischen Pfad gesendet werden. Da weniger Signalverarbeitung erforderlich ist und die Fehleranfälligkeit geringer ist als bei der parallelen Übertragung, kann die Übertragungsrate jedes einzelnen Pfades höher sein. Dies ermöglicht die Übertragung über größere Entfernungen, und eine Prüfziffer oder ein Paritätsbit kann problemlos zusammen mit den Daten gesendet werden.

Parallele Übertragung bezeichnet die gleichzeitige Übertragung zusammengehöriger Signalelemente über zwei oder mehr separate Pfade. Dabei werden mehrere elektrische Leitungen verwendet, die mehrere Bits gleichzeitig übertragen können. Dies ermöglicht höhere Datenübertragungsraten als bei serieller Übertragung. Dieses Verfahren wird typischerweise intern im Computer eingesetzt, beispielsweise für die internen Busse, und gelegentlich extern, etwa für Drucker. Timing-Verzerrungen können in diesen Systemen ein erhebliches Problem darstellen, da die Leitungen bei paralleler Datenübertragung zwangsläufig leicht unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Dadurch können einige Bits vor anderen ankommen, was die Nachricht verfälschen kann. Dieses Problem verstärkt sich tendenziell mit zunehmender Entfernung, wodurch die parallele Datenübertragung über große Distanzen weniger zuverlässig ist.

Kommunikationskanäle

Zu den Kommunikationskanaltypen gehören unter anderem:

Asynchrone und synchrone Datenübertragung

Die asynchrone serielle Kommunikation verwendet Start- und Stoppbits, um den Beginn und das Ende der Übertragung zu kennzeichnen. [ 20 ] Diese Übertragungsmethode wird eingesetzt, wenn Daten nicht kontinuierlich, sondern intermittierend gesendet werden.

Die synchrone Übertragung synchronisiert die Übertragungsgeschwindigkeiten an Sender und Empfänger mithilfe von Taktsignalen . Der Takt kann ein separates Signal sein oder in die Daten eingebettet werden . Anschließend wird ein kontinuierlicher Datenstrom zwischen den beiden Knoten übertragen. Da keine Start- und Stoppbits benötigt werden, kann die Datenübertragungsrate höher sein.

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ a b c A. P. Clark, „Principles of Digital Data Transmission“, Wiley-Verlag, 1983
  2. ^ David R. Smith, „Digitale Übertragungssysteme“, Kluwer International Publishers, 2003, ISBN 1-4020-7587-1Die
  3. ^ Sergio Benedetto, Ezio Biglieri, „Prinzipien der digitalen Übertragung: Mit drahtlosen Anwendungen“, Springer 2008, ISBN 0-306-45753-9ISBN​ 978-0-306-45753-1Die
  4. ^ Simon Haykin, „Digitale Kommunikation“, John Wiley & Sons, 1988. ISBN 978-0-471-62947-4Die
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  16. ^ Waldrop, M. Mitchell (2018). The Dream Machine . Stripe Press. S. 286. ISBN 978-1-953953-36-0Baran legte mehr Wert auf digitale Sprachkommunikation als auf Computerkommunikation .
  17. ^ „Die wahre Geschichte, wie das Internet so angreifbar wurde“ . Washington Post . Archiviert vom Original am 30.05.2015 . Abgerufen am 18.02.2020 . Historiker schreiben bahnbrechende Erkenntnisse dem walisischen Wissenschaftler Donald W. Davies und dem amerikanischen Ingenieur Paul Baran zu.
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  19. ^ Barker, RH (1953). Gruppensynchronisation binärer digitaler Systeme . Kommunikationstheorie: Butterworth. S.  273–287 .
  20. ^ „Was ist asynchrone Übertragung? – Definition von Techopedia“ . Techopedia.com . Abgerufen am 8. Dezember 2017 .