Datenübertragung - Übertragungsarten
In der Nachrichtentechnik erfolgt die Übertragung von Daten über Kommunikationskanäle mit verschiedenen Eigenschaften. Hier erfahren Sie, welche Arten man unterscheidet.
Welche Arten von Datenübertragung gibt es?
Der Datentransfer zwischen zwei Kommunikationsgeräten kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die Übertragung ist gekennzeichnet durch:
die Austauschrichtung,
den Übertragungsweg (Anzahl der gleichzeitig versendeten Bytes) und
die Synchronisation (zwischen Sender und Empfänger).
Simplex, Halbduplex und Vollduplex
Je nach Austauschrichtung unterscheidet man drei Übertragungsarten.
Die Simplex-Verbindung (oder Richtungsbetrieb) bezeichnet eine Verbindung, bei der Daten nur in eine Richtung laufen, das heißt vom Sender zum Empfänger. Diese Art der Übertragung ist vorteilhaft, wenn reine Befehle gegeben werden und keine Daten zurückgesendet werden müssen (zum Beispiel von Ihrem PC zum Drucker oder von der Maus zum Rechner):
Die Halbduplex Verbindung (oder Wechselbetrieb) bezeichnet eine Verbindung, bei der die Daten entweder in die eine oder in die andere Richtung laufen, aber nicht gleichzeitig in beide. Bei dieser Verbindung wird jede Endstelle abwechselnd zum Sender. Diese Verbindungsart ermöglicht eine zweigerichtete Verbindung, bei der die gesamte Kapazität der Leitung für die Übertragung genutzt wird:
Die Die Vollduplex-Verbindung (oder Gegenbetrieb) bezeichnet eine Verbindung, bei der die Daten zweigerichtet und gleichzeitig verschickt werden. Jedes Endstück kann zur selben Zeit senden und empfangen, was bedeutet, dass die Bandbreite durch zwei geteilt ist, wenn nur ein Übertragungssupport benutzt wird:
Serien- und Parallelübertragung
Der Übertragungsweg bezeichnet die Anzahl der elementaren Informationseinheiten (Bits), die gleichzeitig über einen Kommunikationskanal übertragen werden können. Ein moderner Rechner (in der Regel ein PC) bearbeitet nicht nur ein Bit, sondern mehrere (meistens acht, also ein Byte) gleichzeitig. Dies ist der Grund, warum eine Verbindung mit einem PC eine parallele Verbindung ist.
Parallelverbindung
Als Parallelverbindung bezeichnet man die gleichzeitige Übertragung mit n Bits. Diese Bits werden gleichzeitig über n Übertragungswege verschickt. Ein Weg kann zum Beispiel ein Draht, ein Kabel oder ein anderer körperlicher Träger sein. Die Parallelverbindung eines PC braucht in der Regel zehn Drähte:
Die n Übertragungswege sind physische Leitungen. Jedes Bit wird über jeweils eine physische Leitung verschickt (daher bestehen Parallelkabel aus mehreren ummantelten Drähten). Eine physische Leitung ist in mehrere Unterkanäle unterteilt. Jedes Bit wird daber über eine andere Frequenz übertragen.
Ist die Kabelführung zu nahe an der Ummantelung, kommt es zu Störungen, die die Qualität des Signals (vor allem im Breitband) verschlechtern.
Serienverbindung
In einer Serienverbindung werden die Daten Bit für Bit über die Datenleitung verschickt. Die meisten Prozessoren bearbeiten die Informationen auf eine parallele Weise. Dabei handelt es sich um die parallele Umwandlung von in Serie eingehenden Daten auf die Sendefrequenz und umgekehrt auf die Empfängerfrequenz:
Diese Bearbeitung erfolgt mit Hilfe eines Kontrollgeräts, meist ein UART-Chip (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Der Transmitter funktioniert folgendermaßen:
Parallelreihen werden mit einem Verzögerungsregister umgewandelt. Dieses Register ermöglicht die Verzögerung mit Hilfe einer Uhr, indem es die Gesamtheit der parallelen Daten in eine linke Position bringt und dann das größte Bit (ganz links) zuerst versendet und dann der Reihe nach:
Die serienparallele Umwandlung funktioniert im Prinzip wie das Verzögerungsregister. Das Verzögerungsregister verschiebt die Positonen bei jedem Empfang eines Bits nach links, um dann das komplette Register zu versenden, sobald es voll ist, und immer so weiter:
Synchrone und asynchrone Übermittlung
Aufgrund der Schwierigkeiten mit der Parallelverbindung wird die Serienverbindung häufiger genutzt. Aber immer da, wo nur ein Draht Informationen transportiert, gibt es Synchronisationsprobleme zwischen dem Sender und dem Empfänger, das heißt der Empfänger kann nicht sofort die Zeichen lesen (oder besser gesagt die Bitsequenzen), da die Bits nacheinander ankommen. Für dieses Problem gibt es folgende Lösungen.
Bei der asynchronen Verbindung wird jedes Zeichen unregelmäßig verschickt (etwa wie ein User, der auf seiner Tastatur tippt). Um Sendepausen nicht fehlzuinterpretieren, wird jedes Zeichen mit einer Information versehen, die den Übermittlungsbeginn anzeigt (Startbit) und ebenso das Ende der Übertragung (Stoppbit, eventuell zwei).
Bei der synchronen Verbindung werden Sender und Empfänger an dieselbe Uhr angeglichen. Der Empfänger empfängt fortlaufend (auch wenn kein Bit übermittelt wird) Informationen in dem Abstand, in denen der Sender sendet. Daher müssen Sender und Empfänger auch auf dieselbe Geschwindigkeit eingestellt werden. Darüber hinaus werden zusätzliche Informationen eingefügt, um Fehler während der Übertragung auszuschließen.
Während einer synchronen Übertragung werden die Bits nacheinander gesendet, ohne die einzelnen Zeichen zu trennen. Daher setzt man Werkzeuge zur Synchronisation ein, man spricht von Zeichen-Synchronisierung.
Der größte Nachteil der Übertragung ist das Lesen der Informationen durch den Empfänger, da es unterschiedliche Zeitmessungen am Sender und am Empfänger geben kann. Jeder Datentransfer muss über einen langen Zeitraum erfolgen, damit der Empfänger sie einlesen kann. Daher ist die Geschwindigkeit in einer synchronen Verbindung nicht sehr hoch.
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