Grundlagen der Datenübertragung: Kabel, Glasfaser, Funk & DSL

Twisted-Pair-Kabel: Aufbau und Funktion

Twisted-Pair-Kabel bestehen aus zwei Drähten (meist Kupfer), die jeweils von einer geflochtenen Isolation umgeben sind. Ein Kabel führt das Signal, während das andere als Referenzmasse dient. Das Verdrillen der Drähte dient dazu, elektromagnetische Interferenzen aufzuheben (zwei parallele Leitungen wirken wie eine einfache Antenne). Durch das Verdrillen werden diese Effekte aufgehoben.

Typen und Kategorien von Twisted-Pair-Kabeln

Es gibt zwei Haupttypen von Twisted-Pair-Kabeln: UTP (Ungeschirmtes Twisted-Pair) und STP (Geschirmtes Twisted-Pair). Zudem existieren sieben Kategorien (CAT 1 bis CAT 7), die sich auf die Qualität der Kabel, die Dämpfung und die Geschwindigkeit der Datenübertragung beziehen.

• Kategorie 1 (CAT 1): Wird hauptsächlich für einfache Telefonleitungen verwendet.
• Kategorie 3 (CAT 3) und 4 (CAT 4): Werden beispielsweise für LANs mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 10 Mbit/s bzw. 20 Mbit/s verwendet.

Datenübertragung mittels Glasfasertechnologie

Grundlagen der Glasfaserübertragung

In der optischen Faser erfolgt die Übertragung von Licht durch ein Kabel, das aus einem Kern und einer Schutzschicht besteht. Der Lichtstrahl wird gesendet und im Kern durch Totalreflexion übertragen. Der Strahl prallt an der Grenzfläche zum Mantel zurück, wenn der Einfallswinkel größer ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion. Andernfalls würde ein Teil des Lichts entweichen und Energie verloren gehen. Die numerische Apertur beschreibt den Bereich der zulässigen Einfallswinkel für Lichtstrahlen.

Glasfasertypen: Singlemode und Multimode

Es gibt Singlemode- und Multimode-Fasern:

• Singlemode-Faser: Hier wird ein einzelner Laserstrahl fast geradlinig geführt.
• Multimode-Faser: Bei Multimode-Fasern werden mehrere Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Einfallswinkeln übertragen, die am Rand reflektiert werden. Strahlen, deren Winkel außerhalb des zulässigen Bereichs liegen, werden nicht übertragen.

Infrarot-Wellen: Eigenschaften und Anwendungen

Infrarot-Wellen sind elektromagnetische Wellen mit hohen Frequenzen. Sie haben eine hohe Bandbreite und eignen sich ideal für die Übertragung großer Datenmengen. Diese Wellen haben jedoch eine kurze Reichweite und können Wände nicht durchdringen. All dies macht sie ideal für die drahtlose Verbindung von Geräten wie Maus oder Tastatur mit einem PC, ohne Interferenzen aus anderen Räumen. Die Übertragung erfordert eine Sichtverbindung.

Netzwerkarchitekturen: Leitungsvermittlung und Datagramm

Leitungsvermittlung: Funktionsweise und Phasen

Die Leitungsvermittlung ist eine Methode der Datenübertragung, bei der eine dedizierte physikalische Verbindung für die Dauer der Kommunikation aufgebaut wird. Sie ist der physikalischen Schicht zuzuordnen und basiert auf Vermittlungsstellen (Switches) mit verschiedenen Kanälen, um eine physikalische Verbindung zwischen zwei oder mehreren Geräten herzustellen. Der Prozess durchläuft drei Phasen:

1. Aufbauphase: Hier wird die Verbindung angefordert und bestätigt.
2. Datenübertragungsphase: Die Daten werden über die dedizierte Verbindung gesendet.
3. Abbauphase: Nach Beendigung der Datenübertragung sendet der Sender eine Freigabeanfrage und wartet auf die Bestätigung des Empfängers, um die Verbindung zu trennen.

Datagramm-Netzwerke: Aufbau und Funktionsweise

Ein Datagramm ist ein eigenständiges Datenpaket, das alle notwendigen Adressinformationen enthält, um unabhängig geroutet zu werden. Es besteht aus einem Datagramm-Header und den eigentlichen Daten. Datagramme sind unabhängig voneinander und können auf unterschiedlichen Pfaden mit variablen Verzögerungen ankommen. Das Routing von Datagrammen erfolgt auf der Netzwerkschicht. Ein anderer Name ist 'verbindungsloses Netzwerk', da es keine Aufbau- oder Abbauphase gibt. Die Daten werden ohne vorherige Bestätigung des Empfängers gesendet, unabhängig davon, ob dieser empfangsbereit ist oder nicht.

Modem-Technologien und Internetzugang

Bandbreite für Sprache und Daten über Telefonleitungen

Die für Sprachübertragung genutzte Bandbreite liegt typischerweise zwischen 300 Hz und 3300 Hz, also etwa 3000 Hz. Geringfügige Störungen beeinträchtigen die Sprachqualität kaum (die Verzerrung ist sehr gering). Datensignale hingegen erfordern eine höhere Präzision. Daher wird empfohlen, eine etwas geringere Bandbreite zu nutzen, um Störungen an den Frequenzrändern zu vermeiden. Dies führt zu einer nutzbaren Bandbreite von etwa 2400 Hz (z.B. von 600 Hz bis 3000 Hz).

MODEM steht für Modulator/Demodulator. Ein Modem wandelt digitale Daten (Einsen und Nullen) in analoge Signale für die Übertragung über die Telefonleitung um und umgekehrt, wenn es Daten empfängt, damit der Computer sie verstehen kann.

MODEM V.90: Geschwindigkeiten und Funktionsweise

Das V.90-Modem ermöglicht eine Download-Geschwindigkeit von bis zu 56 Kbit/s und eine Upload-Geschwindigkeit von 33,6 Kbit/s (nahe der Shannon-Grenze). Das V.90-Modem wird mit digitalen Telefonleitungen verwendet. Diese hohe Download-Geschwindigkeit ist möglich, da das Signal auf der Anbieterseite digitalisiert und quantisiert wird, was normalerweise zu Geschwindigkeitsverlusten führen würde. Beim Herunterladen von Daten wird diese Geschwindigkeit erreicht, da die Daten vom digitalen Netz des Anbieters kommen.

Der Telefonieanbieter tastet das Signal 8000 Mal pro Sekunde ab und sendet 8 Bit pro Abtastung. Da jedoch ein Bit für die Signalisierung reserviert ist, bleiben 7 Bit für die Datenübertragung. Daraus ergibt sich eine maximale Datenrate von 8000 Abtastungen/Sekunde * 7 Bit/Abtastung = 56.000 Bit/Sekunde oder 56 Kbit/s.

DSL und ADSL: Definition und Eigenschaften

DSL steht für Digital Subscriber Line. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) ist eine Variante davon. DSL-Technologien lösten die Modems ab und ermöglichten deutlich höhere Geschwindigkeiten. Es gibt viele Varianten wie ADSL, HDSL, VDSL usw.

ADSL ist asymmetrisch, was bedeutet, dass die Download-Geschwindigkeit (zum Nutzer) deutlich höher ist als die Upload-Geschwindigkeit (vom Nutzer). Dies ist ideal für private Nutzer, aber weniger geeignet für Unternehmen, die oft eine hohe Upload-Geschwindigkeit benötigen. Es wird mehr Bandbreite für den Download zugewiesen, wodurch die Download-Geschwindigkeit höher ist.

Ein ADSL-Teilnehmeranschluss kann Geschwindigkeiten von mehreren Mbit/s erreichen. Ein Filter in der Telefonzentrale trennt den Datenverkehr vom Sprachverkehr, wobei die Sprachübertragung auf etwa 4 kHz Bandbreite begrenzt wird, was für Telefonie ausreichend ist.