Zur Übertragung von Information wurden verschiedene Techniken entwickelt. Bei den
elektrischen Übertragungssystemen wird entweder eine Spannung oder ein Strom geändert;
bei den optischen werden Lichtsignale unterschiedlicher Intensität, meist 'an' oder
'aus', gesendet. Der Übertragungsweg wird meist als Kanal bezeichnet, so daß diese
Eingriffe als Zustandsänderung des Kanals betrachtet werden können.
Die Information wird in der Regel als Folge von Zeichen übermittelt. Dabei müssen
sich Sender und Empfänger auf Anfang und Ende solcher Zeichenfolgen ebenso einigen wie
auf die Adressierung eines von mehreren möglichen Empfängern oder die Trennung von
Kontroll- und Nutzinformation. Informationsübertragungsmodelle betrachten derartige
Vereinbarungen systematischer und bewerten sie hinsichtlich ihrer Effizienz, Sicherheit
und weiterer Kriterien.
Bei der asynchronen Übertragung kann der Sender nur durch die Angabe eines Startbits
die Übertragung einleiten. Danach muß im richtigen zeitlichen Abstand eine feste Anzahl
von Bits übermittelt werden, welche dann im Kanal als eines von mehreren möglichen
Zeichen interpretiert wird. Ein Stopbit schließt die Übertragung ab. Der Kanal sendet
das Zeichen als Ganzes an den Empfänger und übermittelt diesem die Information mit einem
entsprechenden Protokoll.
Bei der synchronen Übertragung wird die Datenübertragung mit Hilfe besonderer
Startzeichen eingeleitet und durch ein besonderes Stopzeichen beendet. Zwischen diesen
Zeichen wird die Nutzinformation eingefügt, wobei durch spezielle Kontrollzeichen die
transparente Übertragung der Information garantiert wird.
Bei der Paketübertragung wird statt eines Zeichens ein ganzer Block von Zeichen vom
Sender an den Kanal übermittelt. Hier wird die Synchronisation zwischen Sender und Kanal
durch Senden eines Flagzeichens, und innerhalb eines Pakets entweder durch sehr genaue
Uhren oder durch interne Maßnahmen, z.B. Taktrückgewinnung aus der Leitungskodierung,
erreicht. Alle diese Verfahren gestatten es, daß die Information im Prinzip zu jeder Zeit
abgesetzt werden kann. Wenn keine Information vorliegt kann gegebenenfalls auch einige
Zeit lang die Übertragung unterbrochen werden. Beim synchronen Zeitmultiplex (z.B. ISDN)
wird jedoch in festen Abständen ein Byte übertragen. Da jetzt regelmäßig Daten
übermittelt werden müssen, ist es die Aufgabe des Senders, durch eine geeignete
Kodierung dafür zu sorgen, daß der Empfänger ein 'leeres' Byte, welches keine
Information trägt, richtig interpretiert.
Übertragungsmodelle
Beim asynchronen Zeitmultiplex (Asynchronous Time Multiplex) wird der Kanal in
Zeitabschnitte fester Länge (Zeitschlitz, time slot) eingeteilt. In einen solchen
Zeitschlitz (mit einer Länge von mehreren Bytes, z.B. 48 Bytes) kann ein Sender bei
Bedarf Daten übertragen; der Empfänger kann anhand einer besonderen Kennung, dem Header
(z.B. 5 Byte Länge), feststellen, für welche virtuelle Verbindung dieses Datenpaket
bestimmt ist.
 | Zur Ausnutzung von Kanälen |
Übertragungseinrichtungen stellen stets eine feste Bandbreite für die Übertragung
zwischen zwei Punkten bereit. In den meisten Fällen benötigen die Benutzer solcher
Einrichtungen andere Bandbreiten als die maximale. Um die bereitgestellten Ressourcen
optimal auszunutzen, werden die Übertragungseinrichtungen auf verschiedene Benutzer
aufgeteilt; durch die gleichzeitige Nutzung der gleichen Ressource durch verschiedene
Benutzer erhofft man sich einen Bündelungsgewinn, d.h. die Kosten werden unter mehreren
Teilnehmern aufgeteilt. Dieser ökonomische Aspekt hat eine Reihe von Technologien
entstehen lassen, von denen wir zwei prinzipielle Konzepte hier betrachten wollen. Man
nennt die Zuteilung von Bandbreite entweder Konzentrierung oder Multiplexen.
Wenn eine Übertragungseinrichtung nur dann benutzt wird, wenn sie wirklich benötigt
wird, so spricht man von Konzentrierung. Dieses erfordert in der Regel, daß der
Empfänger darüber informiert wird, welcher Verbindung die gesendete Information
zuzuordnen ist. Im Falle ungleichmäßiger Ausnutzung eines Kanals ist dieses die optimale
Technik. Sie wird insbesondere benutzt, um Paketübertragungsnetze zu betreiben; Pakete
werden nur geschickt, wenn Information ausgetauscht werden soll; ansonsten ruht die
jeweilige Verbindung, es sei denn, sie wird von einer anderen Verbindung belegt. Jedes
Paket identifiziert sich über einen eigenen Paketkopf, der z.B. im Internet-Protokoll
über eine Nummer aus Internet-Adresse und Port-Nummer eindeutig einer virtuellen
Verbindung zugeordnet werden kann. Weitere Protokollfamilien, die solche Techniken
verwenden, sind die meisten Protokolle für lokale Netze, wie Ethernet oder Tokenring,
sowie das HDLC/LAPB-Protokoll, welches ein Linkprotokoll für die Verbindung zwischen zwei
Stationen ist und z.B. im Standard X.25 der CCITT benutzt wird.
Verfahren zur Bandbreitenzuteilung
Unter Multiplexen versteht man die feste Zuteilung eines Teils der gesamten Bandbreite.
Dieses ist (in der Regel) während der Verbindungszeit nicht mehr zu ändern. Man
unterscheidet zwei Formen des Multiplexens:
Frequenzmultiplex (FDM = Frequence Division Multiplexing) unterteilt das zur Verfügung
stehende Frequenzband in verschiedene Teilbänder. Ein Signal wird in dieses Band
'hineingehoben' und ist vom Empfänger aufgrund der Frequenzlage eindeutig zu erkennen;
der Empfänger hat es wieder in die ursprüngliche Frequenzlage zurückzutransformieren.
Zwischen zwei solchen Frequenzbändern gibt es ein Grenzband, d.h. einen Frequenzbereich,
der nicht benutzt werden darf. Dieses ist notwendig, da technische Frequenzfilter nur mit
einer endlichen Steilheit gebaut werden können; daher können Frequenzen nur in
bestimmten Abständen sauber getrennt werden. Frequenzmultiplex ist die 'klassische'
Methode der Nachrichtentechnik und wurde z.B. zur Übertragung von Telefonsignalen über
Richtfunkstrecken verwendet. Der Nachteil dieser Technik ist ihre frequenzlagenabhängige
Übertragungsqualität, die insgesamt deutlich schlechter ist als die
Übertragungsqualität beim Zeitmulitplexverfahren.
Diese Technik wurde auch in lokalen Netzen zur Datenübertragung erforscht, hat sich
aber (sowohl aus technischen Gründen als auch wegen der geringen Akzeptanz bei
vorhandenen Standards) nicht durchgesetzt. Man nennt diese Technik auch Breitbandtechnik,
im Gegensatz zu Basisbandtechnik, die beim Zeitmultiplex verwendet wird.
Zeitmultiplex (TDM = Time Division Multiplexing) unterteilt die Zeit, die ein Kanal von
einer Verbindung benutzt werden darf, in kleinere Abschnitte. Während 'seines' Abschnitts
darf der jeweilige Benutzer den Kanal mit seiner Information belasten. Der Empfänger
kennt die Zeitlagen (auch Zeitschlitze (time slots) genannt) der einzelnen Verbindungen
und kann die empfangene Information wieder trennen und den jeweiligen Verbindungen
zuordnen. Dazu ist es notwendig, daß der Sender für jede Verbindung die Information
zunächst ansammelt (sample), und sie dann stoßweise auf den Kanal gibt. Üblich ist die
Zerlegung der Information in Blöcke (ATM 48 Bytes), in Bytes (ISDN; auch octett genannt)
oder auch in Bit; Blöcke könnten im Prinzip auch unterschiedliche Längen haben.
Zeitmultiplex wird insbesondere in modernen Nachrichtensystemen (ISDN) verwendet.
Eine andere Methode der Aufteilung eines Kanals auf mehrere Verbindungen wurde im
letzten Abschnitt als asynchrones Zeitmultiplex (ATD = Asynchrones Time Division oder ATM
= Asynchronous Transfer Mode) bezeichnet. Hierbei werden Informationseinheiten fester
Länge (z.B. 48 Bytes) über einen Kanal geschickt, wobei sie nur in leere Zeitschlitze
eingefügt werden dürfen. Eine zusätzliche Kennung in einem Kopf des Blocks (header)
erlaubt es dem Empfänger, einen Block einer bestimmten Verbindung zuzuordnen. Diese
Technik ist eigentlich weniger Multiplexen als Konzentrieren, da der Kanal nur belastet
wird, wenn er benötigt wird. Das Verhalten solcher Systeme ist sehr komplex und läßt
sich nur mit wartetheoretischen Untersuchungen ausreichend genau beschreiben und
analysieren. Die ATM-Technik wird vermutlich für das Breitband-ISDN in den nächsten
Jahren eingeführt werden und dürfte dann auch im öffentlichen Netz hohe
Übertragungsraten (zur Zeit sind 150 MBit/sec geplant) zu geringen Kosten zur Verfügung
stellen.
