Wie werden Daten übertragen auf physikalischer Ebene?
Ich bin gerade zu doof um im Internet irgendwelche Seiten zu finden die die Physik hinter der Datenübertragung erklären. Oder allgemein erklären wie das mit den der Datenübertragung funktioniert. Ich finde immer nur total oberflächliche Erklärungen. Ich würde gerne wissen wie das auf physikalischer Ebene aussieht mit der Datenübertragung... also was mit den Atomen/Elektronen/Photonen/... passiert... wie das genau aussieht mit den einzelnen Bits. Ich würde überhaupt gerne mal verstehen wie man das hinkriegt, dass man durch irgendwelche Kabel Strom schickt und da plötzlich Einsen und nullen rauskommen bzw. interpretiert werden. Ich würde einfach gerne verstehen wie das von statten geht. Eigentlich fing es damit an, dass ich wissen wollte, wie bei Glasfaser Kabeln das Licht in Daten/Bits übertragen wird. Dann ist mir aufgefallen, dass ich allgemein nicht weiß wie das funktioniert.
Ich vermute dafür muss ich auch verstehen wie Schaltkreise funktionieren und muss Strom, Spannung und so Zeug verstehen? Ich hab so viele offene Fragen und Wissenslücken... ich habe nur Halbwissen...
Wo kann ich sowas nachlesen? Kann ruhig auf englisch sein. So ein Skript oder eine Vorlesung von der Uni wäre natürlich cool.
8 Antworten
Die diskreten Werte werden beispielsweise auf diskrete Spannungswerte abgebildet. Im einfachsten Fall z.B. 0V und 1V. Bei LWL entsprechend Licht an und Licht aus.
Das ist der sehr einfache und naive Ansatz.
Bei LWL ist das im Prinzip durchaus auch so, wobei Licht aus eigentlich wenig Licht ist, um z.B. einen Ausfall schnell und zuverlässig zu erkennen. Außerdem erleichtert es das schnelle Schwingen.
Und jetzt kommt es eben darauf an, über welche Art Kanal und welche Distanz übertragen werden soll. Bei Einfachen Übertragungen wie USB läuft das genau so einfach ab, einfach Zwei Spannungspegel und das wars.
Im Netzwerkbereich ist es ungleich komplizierter, da kommen dann komplexe Modulationsverfahren etc. zum Einsatz.
Prinzipiell gibt es 2 Arten: analog und digital.
Bei analoger Übertragung wird meist ein Spannungs-, Strom- oder Widerstandswert an den Empfänger geleitet. Das ist allerdings nur für kurze Distanzen geeignet z.B. der externe Temperaturfühler einer Raumheizung.
Bei einer digitalen Übertragung wird das Signal in werten von Null und Eins umgewandelt und das dann an den Empfänger verschickt. Das ist in der Praxis etwas komplizierter, da gewisse Werte hin- und hergeschickt werden um z.B. erkennen zu können, ob auch das angekommen ist, was ausgesendet wurde.
Man kann die Ziffern 0 und 1 physikalisch ganz unterschiedlich. realisieren oder abbilden.
Bei Lochkarten oder Lochstreifen bedeutet ein. Loch eine 1.
Bei einer Telexmaschine fließt bei einer 1 Strom, um auf der Empfängerseite ein Relais zum Schalten zu bringen.
Bei Modems, mit denen früher über die normale Telefonleitung Daten übertragen wurden, werden für 0 und 1 zwei unterschiedliche Tonhöhen übertragen.
So ähnlich funktioniert auch DSL im Festnetz oder beim Handyfunk. Da wird es noch ein wenig raffinierter. Um Bandbreite zu sparen, d.h. höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, wird für die Übertragung die Quadraturmodulation eingesetzt. Das sind alles Kapitel in Wikipedia, wo du die Details nachlesen kannst. Sonst artet mein Text in ein Lehrbuch für Kommunikation aus.
Stark vereinfacht gesagt ist das nicht viel anders als beim Morsen:
Bei z.B. Kupferkabeln:
- Die Spannung liegt über einem gewissen Grenzwert: 1
- Die Spannung liegt unter einem gewissen Grenzwert: 0
Bei Glasfaserkabeln in etwa das gleiche, nur halt nicht mit Spannung sondern mit Lichtintensität.
Dann ist das ganze noch Zeitabhängig (ebenfalls wie beim Morsen).
Angenommen, wir arbeiten mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von, sagen wir 56Kbits (das gute alte Modem ^^), dann haben wir 56000Bits in jeder Sekunde, also muss der Empfänger alle 18,86 Mikrosekunden den aktuellen Zustand der Leitung auswerten um festzustellen, welche Werte übertragen werden.
Damit jetzt aber z.B. wenn der Sender plötzlich ausgeschaltet/abgestöpselt wird der Empfänger nicht einfach bis zum Erbrechen Nullen auf seinen "Morsezettel" schreibt, werden üblicherweise noch ein paar weitere Dinge beachtet.
Beim klassischen DSUB-9 [RS232] (z.B. für alte Modems, Mäuse, usw. verwendet) gibts neben den Datenleitungen noch ein paar weitere Pins. Dadurch kann z.B. festgelegt sein "solange an Pin 6 eine Spannung von 5 volt anliegt kommen an Pin 2 relevante Daten an."
Es kann aber z.B. auch festgelegt sein, dass ein Übertragungsprotokoll verwendet wird, bei dem in jedem 8Bit großen Block mindestens 4 Bits auf 1 gesetzt sein müssen. So könnte man z.B. mit 16 Übetragungsbits eine Informationsmenge von 8 bis 12 (evtl. auch 14) Bits übertragen (kommt halt drauf an, wie das Protokoll genau spezifiziert ist).
Schau mal, was Du über das OSI-Schichtenmodell findest, und zwar dort speziell über die Bitübertragungsschicht, das Physical layer.
https://de.wikipedia.org/wiki/OSI-Modell
Ein "Bindeglied zwischen Analogtechnik und Digitaltechnik" ist die Impulstechnik:
https://de.wikipedia.org/wiki/Impulstechnik
Dieses Buch interessiert Dich vielleicht: Code : the hidden language of computer hardware and software, von Charles Petzold