13.2 Datenfernübertragung 

Nachdem im vorigen Abschnitt die verschiedenen Formen der LAN-Vernetzung und der WANs über Standleitungen beschrieben wurden, sollen nun diverse Verfahren der Datenfernübertragung (DFÜ) geschildert werden. Wie Sie in Kapitel 12 nachlesen können, wurde DFÜ bereits eingesetzt, als sie lediglich der Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen einzelnen Rechnern über eine direkte Telefonverbindung diente. Heute geht es in der Regel darum, den Zugang zu einem bestehenden Netzwerk oder – über einen kommerziellen Provider – zum Internet herzustellen.

DFÜ-Varianten

Die erste Generation der DFÜ-Hardware, der umständliche und störanfällige Akustikkoppler, muss hier nicht mehr beschrieben werden. Die drei wesentlichen Technologien sind heute Modems für den Netzwerkzugang über analoge Telefonleitungen, der Zugang über die digitale Telefonleitung ISDN sowie Hochfrequenz-Verbindungen über verschiedene DSL-Dienste. Diese verschiedenen Zugangsverfahren werden im Folgenden dargestellt.

Eine Gemeinsamkeit aller DFÜ-Netzwerkverbindungen besteht in der Notwendigkeit, die Datenübertragung über diese Leitungen zu standardisieren und bestimmte Grundlagen für die Protokolle der Vermittlungsschicht zu schaffen. Dafür werden spezielle Protokolle verwendet, die den Netzzugang über relativ langsame serielle Leitungen ermöglichen. Das traditionelle Protokoll für die Vernetzung über Wählleitungen war SLIP (Serial Line Interface Protocol); allerdings besitzt es eine Reihe organisatorischer und technischer Mängel und wurde deshalb weitgehend durch das Point-to-Point Protocol (PPP) ersetzt.

Aufgaben von PPP

PPP kümmert sich um die Authentifizierung des Benutzers nach der Einwahl, indem Benutzername und Passwort übermittelt werden, anschließend verhandeln die beiden direkt miteinander verbundenen Punkte die eigentlichen Netzwerkdetails. Eine der wesentlichsten Fähigkeiten des Protokolls für Internetverbindungen besteht darin, dass der Einwahlknoten dem anwählenden Rechner automatisch eine IP-Adresse zuweisen kann, über die diese Netzwerkschnittstelle im gesamten Internet identifiziert wird.

Im Einzelnen erfolgen bei PPP also die folgenden Schritte:

Wird eine Wählleitung (analog oder ISDN) verwendet, so stellt der Rechner des Benutzers über die entsprechende Schnittstelle eine Telefonverbindung her. Falls die Leitung besetzt sein sollte, werden spezielle frei konfigurierbare Maßnahmen getroffen; in der Regel erfolgt nach einer gewissen Wartezeit ein erneuter Wählversuch. Bei DSL-Leitungen wird ebenfalls die Verbindung aktiviert, auch wenn man dies nicht als Wählen im klassischen Sinne bezeichnen kann.

Der Einwahlknoten verlangt eine Authentifizierung, in der Regel in Form von Benutzername und Passwort. Die meisten PPP-Implementierungen in modernen Betriebssystemen übermitteln diese Daten nach einmaliger Konfiguration automatisch, ohne Zutun des Benutzers.

Nachdem die Daten überprüft wurden, erfolgt entweder die Ablehnung des Benutzers und der Verbindungsabbau, oder die Netzwerkparameter werden ausgehandelt. Auch wenn PPP als Netzzugangsgrundlage für alle möglichen Protokolle der Vermittlungsschicht dienen kann, wird heute fast nur noch TCP/IP aufgesetzt. Zu diesem Zweck weist der PPP-Knotenpunkt des Internetproviders der seriellen Verbindung auf der Einwahlseite eine IP-Adresse zu, eine im gesamten Internet einmalige Identifikationsnummer, deren Konzept im nächsten Abschnitt genau beschrieben wird.

13.2.1 Netzwerkzugang per Modem (analoge Telefonleitung)  

Für Modems wurden im Laufe der Zeit viele verschiedene Standards entwickelt, die sich insbesondere bezüglich ihrer maximalen Datenübertragungsrate voneinander unterscheiden. Der aktuelle Standard heißt V90 und überträgt bis zu 56.600 Bit/s – gemessen an den üblichen Geschwindigkeiten fest verdrahteter Netzwerke ist das natürlich sehr langsam, aber kein Vergleich zu den Modem-Geschwindigkeiten vergangener Jahrzehnte. Rein physikalisch scheint mit 56,6 kBit/s die Leistungsgrenze erreicht zu sein; etwas höhere Übertragungsraten lassen sich durch die heutzutage häufig verwendete Datenkomprimierung erzielen – je nach übertragener Datenart etwa bis zur doppelten Leistung.

Das Wort Modem ist eine Zusammensetzung aus den Abkürzungen für Modulator und Demodulator, weil es die digitalen Signale des Computers in frequenzmodulierte Analogimpulse umwandelt, diese über die Telefonleitung überträgt und am Ziel wieder zurückverwandelt. Zu diesem Zweck muss es auf der einen Seite mit dem Computer verbunden werden, zum Beispiel über USB, klassisch auch über die alte serielle Schnittstelle oder als PCI-Steckkarte. Auf der anderen Seite wird das Modem über einen TAE-Stecker an die Telefonbuchse angeschlossen. Praktisch sind in diesem Zusammenhang Dreifach-TAE-Dosen, die leicht nachgerüstet werden können: Sie verfügen über einen speziellen Anschluss (TAE-F) für ein Telefon in der Mitte und zwei Anschlüsse (TAE-N) für Zusatzgeräte – Faxgerät, Anrufbeantworter oder eben Modem – außen.

Der Hayes-Befehlssatz

Das Modem wird vom Computer über ein einfaches ASCII-basiertes Protokoll gesteuert; heutzutage verwenden praktisch alle Modems den so genannten Hayes-Befehlssatz (benannt nach einem längst vergessenen Modem-Hersteller). Da die Befehle dieses Protokolls alle mit der Zeichenfolge »AT« beginnen, wird er mitunter auch als AT–Befehlssatz bezeichnet. Wichtige Befehle sind etwa folgende:

ATDT <Rufnummer>: DT steht für »Dial Tone« – eine Rufnummer wird im Tonwahlverfahren (Mehrfrequenzverfahren) angewählt.

ATDP <Rufnummer>: »Dial Pulse« – eine Rufnummer wird im Pulswahlverfahren angewählt (heute sehr selten).

ATH: »Hangup« – die Telefonverbindung wird unterbrochen, es wird »aufgelegt«.

ATZ: Das Modem wird auf den Einschaltzustand zurückgesetzt (Reset).

Telefon-Wahlverfahren

Das Tonwahlverfahren verwendet mehrere Töne unterschiedlicher Frequenzen, die zusammen die verschiedenen Ziffern und Funktionen des Telefons repräsentieren. Das Pulswahlverfahren sendet dagegen eine Reihe von »Klicktönen« – einen für eine 1, zwei für eine 2 und so weiter, bis zehn für eine 0. Seitdem alle Vermittlungsstellen in den deutschen Telefonnetzen digital sind, benötigt niemand mehr das langsamere und unzuverlässigere Pulswahlverfahren. Verwechseln Sie übrigens digitale Vermittlung nicht mit digitaler Signalübertragung – letztere findet beispielsweise bei ISDN statt, das im nächsten Unterabschnitt behandelt wird.

Bevor eine Datenkommunikation überhaupt denkbar ist, müssen sich beide Seiten darüber einig sein, auf welche Weise sie die aufeinander folgenden einzelnen Bits überhaupt als Datenbytes interpretieren sollen, was Datenbits, Stoppbits und eventuelle Parity-Bits angeht. Die meisten Internet-Einwahlpunkte verwenden heutzutage den Standard 8N1 (8 Datenbits, kein Parity, 1 Stoppbit). Dies muss in den Modem-Konfigurationsdaten eingetragen werden. Eine Beschreibung der verschiedenen Formen der seriellen Datenübertragung finden Sie in Kapitel 3, Die Hardware.

Der Handshake

Nach der Herstellung der eigentlichen Telefonverbindung findet der so genannte Handshake (Handschlag) zwischen den beiden Gegenstellen statt – es wird eine Übertragungskapazität ausgehandelt, die beide Seiten verwenden können. Erst nachdem die grundlegende Datenübertragung funktioniert, wird PPP eingesetzt, um die eigentliche Netzwerkverbindung über die Telefonverbindung herzustellen, wie weiter oben beschrieben wurde.

13.2.2 ISDN 

Das Integrated Services Digital Network (etwa »Digitalnetzwerk mit integrierten Diensten«) oder kurz ISDN wurde in den 80er-Jahren von verschiedenen europäischen Telefongesellschaften eingeführt; die aktivste von ihnen dürfte die in Deutschland damals noch zuständige Deutsche Bundespost gewesen sein. Es handelt sich im Prinzip um die Übertragung digitaler Signale über klassische Kupferdraht-Telefonleitungen. Einem reinen Telefonkunden bietet ISDN zunächst die folgenden unmittelbaren Vorteile:

Es werden zwei voneinander unabhängige Kanäle zur Verfügung gestellt; über beide kann gleichzeitig telefoniert, gefaxt oder Datenfernübertragung betrieben werden.

Die Rufnummer eines Anrufers, der ebenfalls ISDN verwendet, wird übermittelt und im Display eines entsprechend ausgerüsteten Telefons angezeigt.

Während eine Verbindung besteht, kann ein weiterer Anruf angenommen werden; entweder wird der jeweils andere Gesprächspartner in den Wartezustand versetzt (Makeln), oder der neue Anrufer wird mit dem bisherigen in dieselbe Verbindung aufgenommen (Dreierkonferenz).

Inzwischen stehen die meisten dieser Dienste dank der flächendeckend digitalen Vermittlung in Deutschland auch Analog-Kunden zur Verfügung; lediglich die beiden unabhängigen Kanäle bleiben ISDN vorbehalten. Im Übrigen erhalten ISDN-Benutzer üblicherweise drei unabhängige Rufnummern (bei einigen Telefongesellschaften sogar noch mehr), die frei auf die jeweiligen Geräte verteilt werden können.

Die ISDN-Kanäle

Technisch betrachtet werden sogar drei Kanäle zur Verfügung gestellt; die beiden B–Kanäle übertragen Telefongespräche, Faxe oder Daten mit jeweils 64 kBit/s, während der D-Kanal Dienstinformationen wie Rufnummernübermittlung oder Anklopfen mit 16 kBit/s überträgt. Für Internetverbindungen und andere Datenübertragungsmethoden besteht die Möglichkeit, beide B-Kanäle zu bündeln und auf diese Weise insgesamt eine Datenübertragungsrate von 128 kBit/s zu gewährleisten; natürlich entstehen dafür auch doppelte Kosten.

ISDN anschließen

In der Praxis funktioniert ISDN folgendermaßen: An die normale TAE-Telefonsteckdose wird ein spezielles ISDN-Endgerät namens NTBA angeschlossen. Es stellt zwei so genannte S0-Basisanschlüsse zur Verfügung; sie verwenden die auch vom Twisted-Pair-Ethernet bekannten RJ-45-Stecker. An jeden dieser Anschlüsse kann ein ISDN-Endgerät angeschlossen werden, beispielsweise ein Telefon, ein Faxgerät oder ein ISDN-Adapter zur Computerdatenübertragung. Damit niemand seinen kompletten Telekommunikations-Gerätepark umstellen muss, werden als spezielle Form von ISDN-Endgeräten so genannte TK-Anlagen angeboten, die wiederum den Anschluss analoger Endgeräte ermöglichen. Einige TK-Anlagen bieten auch durchgeschleifte S0-Anschlüsse an, beispielsweise, um ISDN-Geräte an einer praktischeren Stelle anzuschließen.

Natürlich sollten Sie nicht versuchen, ein Analogmodem an eine TK-Anlage anzuschließen – erstens würde das den eigentlichen Vorteil der ISDN-Datenübertragung zunichte machen und zweitens funktioniert es nicht: Da die übertragenen Daten nach außen wie ISDN aussehen, würde die Gegenstelle ihre Antworten mit einer Übertragungsgeschwindigkeit übermitteln, die das Modem nicht verarbeiten kann.

ISDN-Adapter

Um einen Computer mit ISDN zu verbinden, werden stattdessen verschiedene Formen von ISDN-Adaptern angeboten: als PCI-Steckkarten (bis vor kurzem steckte in einem meiner Rechner sogar noch ein altertümliches ISA-Modell), externe USB-Geräte oder PCMCIA-Geräte für Notebooks. Mittlerweile werden einige externe ISDN-Geräte auch mit integrierter TK-Anlagen-Funktion angeboten. Eine interne ISDN-Karte sieht genauso aus wie eine moderne Ethernet-Karte, und es kann leicht passieren, dass man das Twisted-Pair-Netzwerkkabel mit seinem baugleichen Stecker in die ISDN-Karte steckt und umgekehrt (selbstverständlich geschieht in diesem Fall gar nichts). Jedenfalls muss normalerweise ein ISDN-Kabel vom Anschluss des ISDN-Adapters zu einem S0-Anschluss verlaufen.

Der Unterschied zwischen den Übertragungsraten eines heutigen Modems (56,6 kBit/s) und Ein-Kanal-ISDN (64 kBit/s) mag Ihnen nicht besonders groß erscheinen. Als jedoch das Internet für Privatkunden interessant zu werden begann, lag die Übertragungsrate der meisten Modems bei 9.600 oder 14.400 Bit/s; erst allmählich kamen Geräte mit 28.800 Bit/s hinzu. Abgesehen davon besitzt ISDN noch heute einen weiteren Vorteil gegenüber Modem-Verbindungen: Der Verbindungsaufbau geht ohne Verzögerung vonstatten, während es bei Modems zu Wartezeiten von etlichen Sekunden kommen kann, bis die Leitung bereit ist.

Klassische ISDN-Datenübertragung

Neben der Verbindung zu einem Internetprovider, die mittlerweile wohl die häufigste über ISDN genutzte Dienstleistung ist, war über Jahre hinweg auch die direkte Verbindung zwischen Computern für die ISDN-Datenübertragung üblich: Sehr viele Macintosh-Benutzer verwendeten hierfür regelmäßig die Software Leonardo, während Windows-Benutzern beispielsweise das Programm Fritz!Data zur Verfügung stand, das mit der in Deutschland besonders populären Fritz!Card der Berliner Firma AVM geliefert wird. Auch viele Mailbox/BBS-Systeme wurden in der zweiten Hälfte der 90er-Jahre auf ISDN umgestellt beziehungsweise um eine ISDN-Einwahlmöglichkeit erweitert.

Insgesamt lässt sich feststellen, dass ISDN erst mit dem Aufkommen von Internetzugängen in Firmen und Privathaushalten wirklich populär wurde. Zuvor wurde es manchmal als Telefonleitung für Firmen eingesetzt, allerdings nicht annähernd so häufig, wie die Telefongesellschaften sich dies erhofft hatten. Als ISDN dann schließlich immer öfter eingesetzt wurde, reichte seine Übertragungsrate immer mehr Nutzern nicht mehr aus; das Bedürfnis nach multimediafähigen Breitband-Verbindungen wuchs deutlich. Dies führte zur Einführung der im nächsten Unterabschnitt vorgestellten DSL-Dienste.

13.2.3 DSL-Dienste 

DSL ist die Abkürzung für Digital Subscriber Line (etwa »digitale Abonnement-Leitung«); der Name soll verdeutlichen, dass es sich de facto um eine Standleitung anstelle einer Wählleitung handelt. Zur Einführung von DSL kam es, da es durch die allmähliche Verbesserung der Qualität von Telefonleitungen möglich wurde, Signale hoher Frequenz zu übertragen. Auch die meisten DSL-Dienste verwenden also genau wie Modem- und ISDN-Verbindungen die klassischen Kupferleitungen der Telefongesellschaften.

DSL anschließen

An den TAE-Anschluss eines DSL-Kunden wird ein so genannter Splitter angeschlossen – eine Frequenzweiche, die die hochfrequenten DSL-Signale und die niedrigfrequenten normalen Telefonsignale voneinander trennt. Den Ausgang für die Telefonsignale bietet wiederum ein TAE-Anschluss, an den entweder ein Analog-Telefon oder ein NTBA angeschlossen wird, je nachdem, ob DSL mit einem Analog- oder mit einem ISDN-Telefonanschluss kombiniert wird.

Den Ausgang für die speziellen DSL-Signale bietet eine Twisted-Pair-Buchse vom Typ RJ-11. An diesen Anschluss wird in der Regel ein DSL-Modem angeschlossen, das dann über USB oder Twisted-Pair-Ethernet mit dem Computer verbunden wird. Natürlich ist die Bezeichnung »DSL-Modem« technisch gesehen Unfug; bei DSL findet keinerlei Analog-Digital-Umwandlung statt. Dennoch ist der Begriff »Modem« für das Gerät weit verbreitet, weil es den Computer mit einer seriellen Fernleitung verbindet. Beim Anschluss über eine Ethernet-Schnittstelle kommt eine spezielle PPP-Variante namens PPPoE (PPP over Ethernet) zum Einsatz.

ADSL kontra SDSL

Es existieren zwei grundsätzliche Varianten von DSL: Bei Symmetric DSL (SDSL) sind die Übertragungsraten für ankommende und ausgehende Daten identisch, bei Asymmetric DSL (ADSL) ist die ankommende Übertragungsrate höher als die ausgehende. SDSL ist eher für mittlere bis große Unternehmen geeignet, die nicht nur permanent auf das Internet zugreifen, um im Web zu recherchieren oder ihre E-Mails zu lesen, sondern bei denen auch eine Menge Datenausgänge stattfinden. ADSL dagegen wird häufiger von Privatkunden oder kleineren Firmen eingesetzt, die recht hohe Datenmengen aus dem Internet herunterladen, aber nur verhältnismäßig wenige und eher kleine Uploads durchführen.

Das bekannteste ADSL-Angebot in Deutschland dürfte T-DSL der Deutschen Telekom sein; es bietet eine Leitung mit 768 kBit/s Download- und 128 kBit/s Upload-Rate. Schneller sind beispielsweise die Angebote von Arcor oder NetCologne mit einer jeweiligen Download-Rate von 1.024 kBit/s. Typisch für die meisten günstigen Privatkunden-DSL-Angebote ist, dass der Zugang nur einem einzelnen Rechner gestattet ist; der Betrieb eines DSL-Routers, der ein ganzes LAN mit dem Internet verbindet, ist nicht erlaubt. Inzwischen bieten aber alle genannten Unternehmen noch schnellere Speziallösungen an. Sie kosten etwas mehr, bieten aber Übertragungsraten von 1.536 oder gar 2.048 kBit/s im Download-Bereich und erlauben den Anschluss von DSL-Routern.

SDSL-Lösungen werden von sehr vielen kommerziellen Providern angeboten und stellen je nach Bedarf viele verschiedene Übertragungsraten von 512 über 1.024 bis hin zu mehreren tausend kBit/s zur Verfügung. Sie sind deutlich teurer als ADSL-Angebote mit der gleichen oder gar mit einer höheren Übertragungsrate, weil die entsprechende Technik aufwändiger ist.

Anders als bei Modem- oder ISDN-Angeboten werden die Gebühren für DSL-Anschlüsse in der Regel nicht nach der Nutzungsdauer berechnet. Einige Provider verwenden dagegen eine Volumenbeschränkung, das heißt, ohne Aufpreis darf monatlich nur eine bestimmte Datenmenge transferiert werden.

Seltenere Varianten

Neben den DSL-Angeboten, die über normale Telefonleitungen laufen, werden seit einiger Zeit auch spezielle Lösungen angeboten. Eine davon ist die Internetverbindung über das Glasfaserkabel des Kabelfernsehens. Da dieses Kabel für das Passivmedium Fernsehen erfunden wurde, besitzt es in seiner ursprünglichen Version keine Rückkanal-Fähigkeit – es können Daten empfangen, aber nicht gesendet werden; noch nicht einmal die Anforderung einer URL kann abgesetzt werden. Erst allmählich wird der Rückkanal derjenigen Kabelnetze nachgerüstet, die die Deutsche Telekom bereits verkauft hat.

Eine andere Lösung ist besonders interessant für kleine Gemeinden, die so weit von der nächsten größeren Stadt entfernt liegen, dass sich eine Nachrüstung der bestehenden Telefonleitungen oder Fernsehkabelnetze nicht lohnt: die Kommunikation mit einem Satelliten über eine Parabolantenne. Diese Lösung bietet beispielsweise der Provider Strato unter dem Namen SkyDSL an. Die Datenübertragungsrate beträgt bis zu 4.000 kBit/s (flexibel umschaltbar; je höher die Datenrate, desto teurer wird die Datenübertragung pro MByte); in einem speziellen Business-Tarif werden sogar 8.000 kBit/s übertragen.