Grundlagen der Datenübertragung: Komponenten, Protokolle & Verteilung

TP 5: Grundlagen der Datenübertragung

Die folgenden Aufgaben behandeln die fundamentalen Konzepte der Datenkommunikation:

1. Was bedeutet der Begriff Telekommunikation?
2. Was ist verteilte Verarbeitung? Nennen Sie einige Vorteile der verteilten Verarbeitung.
3. Was ist der Unterschied zwischen lokaler und entfernter (remote) Übertragung?
4. Die Effektivität eines Datenkommunikationssystems hängt von drei Eigenschaften ab. Erklären Sie jede einzelne.
5. Was sind die Komponenten eines Datenübertragungssystems? Erklären Sie jede Komponente. Erstellen Sie ein Diagramm und vergleichen Sie es mit der verbalen Kommunikation zwischen zwei Menschen. Vergleichen Sie es anschließend mit der traditionellen Post und E-Mail.
6. Erklären Sie, welche Überlegungen bei der Bestimmung der Leistung eines Netzwerks berücksichtigt werden müssen. Erklären Sie jede Überlegung.
7. Erläutern Sie kurz die aktuellen Netzwerkanwendungen im kommerziellen Bereich.
8. Was würde in Bezug auf die Datenübertragung passieren, wenn es kein Kommunikationsprotokoll gäbe?
9. Erklären Sie: Syntax, Semantik und Zeitablauf (Temporalität). Präsentieren Sie eine verbale Kommunikationsdarstellung zwischen zwei Menschen und vergleichen Sie diese mit der traditionellen Post.
10. Nennen Sie die aktuellen Normungsorganisationen und beschreiben Sie deren weltweite Rolle.
11. Führen Sie die Aktivitäten gemäß Absatz 1.9 des Textes und die Multiple-Choice-Fragen durch.

1. Definition der Telekommunikation

Wenn wir kommunizieren, teilen wir Informationen. Diese Weitergabe kann lokal oder entfernt (remote) erfolgen. Bei der lokalen Kommunikation findet der Austausch in der Regel von Angesicht zu Angesicht statt, während die entfernte Kommunikation über Distanz erfolgt. Der Begriff Telekommunikation, der Telefonie, Telegrafie und Fernsehen umfasst, bedeutet Fernkommunikation (Tele bedeutet im Griechischen 'fern').

2. Verteilte Verarbeitung und ihre Vorteile

Die verteilte Verarbeitung nutzt Netzwerke, bei denen eine Aufgabe von mehreren Computern geteilt wird. Anstatt dass eine einzige große Maschine für alle Aspekte eines Prozesses verantwortlich ist, führt jeder einzelne Computer (gewöhnlich ein PC oder eine Workstation) einen Teil dieser Aufgaben aus.

Vorteile der verteilten Verarbeitung:

• Sicherheit / Kapselung (Encapsulation): Ein Systemdesigner kann die Art der Interaktionen begrenzen, die ein bestimmter Benutzer mit dem Gesamtsystem haben kann. Zum Beispiel kann eine Bank es Benutzern ermöglichen, nur über einen Geldautomaten (ATM) auf ihr eigenes Konto zuzugreifen, ohne Zugriff auf die gesamte Datenbank der Bank zu erhalten.
• Verteilte Datenbanken: Kein einzelnes System muss die Speicherkapazität für die gesamte Datenbank bereitstellen. Zum Beispiel können Benutzerinformationen, auf die über das Web zugegriffen wird, überall im Internet gespeichert und verarbeitet werden.
• Schnellere Problemlösung: Mehrere Computer, die gleichzeitig an Teilen eines Problems arbeiten, können das Problem oft schneller lösen, als es eine einzelne Maschine könnte. Computernetzwerke haben sich beispielsweise als nützlich erwiesen, um Verschlüsselungscodes zu entschlüsseln, da die Zeit, die ein einzelner Computer benötigen würde, erheblich reduziert wird.
• Sicherheit durch Redundanz: Mehrere Computer, die dasselbe Programm gleichzeitig ausführen, können Sicherheit durch Redundanz gewährleisten. Zum Beispiel verfügt das Space Shuttle über drei Computer, die dasselbe Programm ausführen, sodass, wenn einer einen Hardware- oder Softwarefehler aufweist, die anderen die Funktion übernehmen können.

3. Lokale vs. Entfernte Übertragung

Die Datenübertragung gilt als lokal, wenn sich die Kommunikationsgeräte im selben Gebäude oder in einem begrenzten Bereich befinden. Sie gilt als entfernt (remote), wenn die Geräte durch eine beträchtliche Distanz voneinander getrennt sind.

4. Die drei Eigenschaften der Datenkommunikations-Effektivität

Die Effektivität eines Datenkommunikationssystems hängt von drei Merkmalen ab:

• Lieferung: Das System muss die Daten an den richtigen Ort liefern. Die Daten müssen vom vorgesehenen Benutzer oder Gerät und nur von diesem Benutzer empfangen werden.
• Genauigkeit: Das System muss Daten präzise liefern. Daten, die während der Übertragung verändert werden, sind falsch und können nicht verwendet werden.
• Aktualität (Timeliness): Das System muss Daten rechtzeitig liefern. Daten, die zu spät geliefert werden, sind nutzlos. Im Falle von Video, Audio und Sprache bedeutet Aktualität, die Daten so zu liefern, wie sie entstehen, in derselben Reihenfolge, in der sie entstehen, und ohne nennenswerte Verzögerung. Dies wird als Streaming bezeichnet.

5. Komponenten eines Datenübertragungssystems

Ein Datenübertragungssystem besteht aus fünf Komponenten:

• NACHRICHT (MESSAGE): Ist die zu übermittelnde Information. Sie kann aus Text, Zahlen, Grafiken, Ton oder Video bestehen.
• SENDER (EMITTER): Ist das Gerät, das die Nachricht sendet. Es kann ein Computer, eine Workstation, ein Mobiltelefon, ein Camcorder usw. sein.
• EMPFÄNGER (RECEIVER): Ist das Gerät, das die Nachricht empfängt. Es kann ein Computer, eine Workstation, ein Telefon, ein Fernseher usw. sein.
• MEDIUM: Das Übertragungsmedium ist der physikalische Pfad, über den die Nachricht vom Sender zum Empfänger gelangt. Es kann durch ein Twisted-Pair-Kabel, Koaxialkabel, Glasfaserkabel, einen Laser oder Radiowellen gebildet werden.
• PROTOKOLL: Ein Satz von Regeln für die Übertragung von Daten. Es stellt eine Vereinbarung zwischen den kommunizierenden Geräten dar. Ohne ein Protokoll können zwei Geräte zwar verbunden, aber nicht kommunizieren.

Vergleich der Kommunikationsmodelle

Sender und Empfänger

Nachricht:

MEDIUM

Mündliche Kommunikation (Verbal):

• Nachricht: Mündliche Botschaft, die von einem Menschen zum anderen übertragen wird.
• Beispiel: Erste Person: "Hallo, wie geht's?" – Zweite Person: "Hallo, gut, danke."
• Medium: Das Übertragungsmedium ist die Luft.

Traditionelle Post (Snail Mail):

Der Sender ist eine Person, die den Brief in den Briefkasten gibt. Es gibt einen temporären Empfänger (Postfach, Postbote), und dieser temporäre Empfänger leitet ihn schließlich an den endgültigen Empfänger weiter. Das Transportmittel ist ein Auto oder eine Person. Das Protokoll besteht darin, dass wir unsere Daten auf die Vorderseite des Briefes schreiben und die Daten der Person, an die wir den Brief senden, auf die Rückseite, wobei wir immer in der jeweiligen Sprache schreiben.

E-Mail:

Der Sender verfasst seine Nachricht auf seinem Computer und sendet sie an den Empfänger, der sie beim Anmelden erhält. Das Transportmedium ist ein Kabel, Glasfaser, Satellit usw. Das Protokoll ist das TCP/IP.