Grundlagen der Datenübertragung: Parallel, Seriell & Kanäle

Parallele Datenübertragung

Bei der parallelen Übertragung werden alle Bits gleichzeitig übertragen. Diese Art der Übertragung wird typischerweise innerhalb einer Maschine oder zwischen Rechnern verwendet, wenn der Abstand sehr kurz ist. Der wesentliche Vorteil dieser Datenübermittlung ist die hohe Übertragungsgeschwindigkeit. Der größte Nachteil sind die höheren Kosten (aufgrund der Notwendigkeit mehrerer Leitungen).

Eine Übertragung kann auch als parallel in einer einzigen Zeile betrachtet werden, wenn Daten-Multiplexing verwendet wird, wobei verschiedene Daten während der Übertragung verschachtelt werden.

Schema der parallelen Übertragung

Serielle Datenübertragung

In diesem Fall werden die n Bits einer Nachricht nacheinander über dieselbe Leitung übertragen.

Schema der seriellen Übertragung

Daten, die eine Maschine parallel verlassen, werden in serielle Daten umgewandelt, übertragen, und beim Empfänger findet der umgekehrte Prozess statt, um die Daten wieder parallel zu erhalten. Die Reihenfolge der übertragenen Bits erfolgt üblicherweise nach aufsteigendem Gewicht, wobei das Paritätsbit oft das letzte Bit ist.

Ein wichtiger Aspekt der seriellen Übertragung ist die synchrone Übertragung, d. h. der Prozess, bei dem Sender und Empfänger die Nullen und Einsen der Bits auf die gleiche Weise erkennen (Synchronisation).

Das Timing kann auf Bit-, Byte- oder Blockebene erfolgen, wobei in jedem Fall der Anfang und das Ende der jeweiligen Einheit identifiziert werden. Bei der seriellen Übertragung gibt es zwei Hauptformen:

Asynchrone Übertragung (Start/Stop)

Diese Methode ist auch als Start/Stop-Übertragung bekannt. Sie erfordert ein Signal, das den Beginn des Zeichens identifiziert (das Startbit), sowie ein weiteres Signal, das den Abschluss des Zeichens oder Blocks anzeigt (das Stoppbit).

Format eines asynchron übertragenen Zeichens

Normalerweise befindet sich die Leitung auf einem hohen Niveau, wenn keine Übertragung stattfindet. Sowohl Sender als auch Empfänger kennen die Anzahl der Bits, aus denen das Zeichen besteht (im Beispiel 7 Bits). Die Start- und Stoppbits definieren, wann ein Zeichen beginnt und endet. Zwischen den einzelnen Zeichen muss eine definierte Pause (Leerlauf) liegen.

Obwohl dies eine häufig verwendete Form ist, liegt der Nachteil der asynchronen Übertragung in ihrer geringen Effizienz. Wie im Beispiel gezeigt, werden für die Übertragung eines 7-Bit-Zeichens 10 Bits benötigt (1 Startbit + 7 Datenbits + 2 Stoppbits). Das bedeutet, dass nur 70% der übertragenen Bits tatsächlich Daten enthalten.

Synchrone Übertragung

Bei dieser Art der Übertragung ist es notwendig, dass Sender und Empfänger den gleichen Takt verwenden. Die Übertragung erfolgt in Blöcken, die durch spezielle Bitgruppen, sogenannte Trennzeichen (Flags), definiert werden, welche den Anfang und das Ende jedes Blocks kennzeichnen.

Diese Methode ist effektiver, da der Informationsfluss gleichmäßiger erfolgt, was höhere Datenraten ermöglicht. Um die Synchronisation zu erreichen, sendet der Sender ein Initialisierungssignal, das die Uhr des Empfängers aktiviert. Von diesem Augenblick an sind Sender und Empfänger synchronisiert.

Eine weitere Möglichkeit zur Erreichung der Synchronisation ist die Verwendung von selbstsynchronisierenden Codes, die den Beginn und das Ende jedes Bits identifizieren können.

Der Kommunikationskanal

Als Kommunikationskanal wird die physische Ressource bezeichnet, die zur Übermittlung von Daten zwischen zwei oder mehr Kommunikationspartnern dient.

Der Kommunikationskanal wird auch als Übertragungsmedium oder Link bezeichnet.

Arten der Kommunikation (Übertragungsrichtung)

Simplex

Beim Simplex-Betrieb sind Sender und Empfänger fest definiert, und die Kommunikation erfolgt nur in einer Richtung (einseitig). Diese Kommunikationsform wird häufig in Broadcast-Netzwerken verwendet, bei denen die Empfänger keine Daten an den Sender zurücksenden müssen (z. B. Radio oder Fernsehen).

Halb-Duplex (Half Duplex)

In diesem Fall können beide Enden des Kommunikationssystems als Sender und Empfänger fungieren, und Daten bewegen sich in beide Richtungen, jedoch nicht gleichzeitig. Diese Art der Kommunikation wird häufig bei der Interaktion zwischen Terminals und einem zentralen Rechner oder bei Walkie-Talkies verwendet.

Vollduplex (Full Duplex)

Das System ist vergleichbar mit Halb-Duplex, aber die Daten bewegen sich gleichzeitig in beide Richtungen. Dies erfordert entweder unterschiedliche Sendefrequenzen oder zwei getrennte Kommunikationswege, während Halb-Duplex in der Regel nur einen Kanal benötigt. Für den Datenaustausch zwischen Computern ist Vollduplex effizienter als Halb-Duplex.