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Modem

Das Kunstwort Modem ist eine Abkürzung für Modulator-Demodulator. Die Aufgabe eines Modems besteht darin, digitale Signale in analoge umzuwandeln und umgekehrt. Diese analogen Signale sind hörbare Audiosignale was umgangssprachlich auch als Töne bezeichnet wird. Es gibt nun eine Reihe von Möglichkeiten, analoge Signale in digitale umzuwandeln (und umgekehrt), dies spiegelt sich in der Vielzahl an Modem Standards wieder, die mittlerweile in die Kommunikationswelt gesetzt wurden. Bevor wir uns mit Modems beschäftigen, ist es sinnvoll, eine Reihe von Begriffen zu erläutern, die in diesem Umfeld eine Rolle spielen. Ein sehr wichtiger Begriff im Kommunikationsumfeld ist die sogenannte Baudrate.

Abbildung 6.6: Zur Definition der Baudrate.
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Dieser Begriff ist nach dem französischen Techniker Emile Baudot (1845 - 1903) benannt. Die Baudrate bezeichnet die Schrittgeschwindigkeit bei der Datenübertragung, i.e. die Anzahl der Zustandsänderungen pro Sekunde auf einem Übertragungskanal. Wie oben erläutert ist die Baudrate nicht zu verwechseln (obwohl dies oft gleichgesetzt wird) mit der Bitrate, also der Anzahl der übertragenen Bits pro Sekunde. Modems übermitteln die Daten als eine Folge von Tönen. Um eine digitale 0 oder 1 zu übertragen, wird ein bestimmter Ton gesendet. Die Baudrate gibt an, wie oft dies pro Sekunde geschieht. Bei älteren Modems wurde ein Bit durch einen Wechsel des Tons übertragen, heute können es vier oder mehr sein. Daraus folgt, daß die Baudrate und die Bitrate nicht identisch sein müssen, obwohl diese beiden Begriffe oft synonym verwendet werden.

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Die Telekommunikation gab es bereits lange vor dem Computer. Die ersten Gehversuche gab es schon am Ende des 18. Jahrhunderts mit Telegraphen. Der User zur damaligen Zeit - anders als heutzutage - mußte allerdings die übertragene Nachricht mit dem Ohr aufnehmen und anschließend handschriftlich festhalten. Dies änderte sich im Jahre 1878, als Thomas Alva Edison (1847-1931) den druckenden Telegraphen erfand. Diese Maschine entwickelte sich letztendlich zum Fernschreiber, englisch TeleTYpwriter oder kurz TTY. Eine solche Konfiguration kann man sich wie eine ''long-distance'' Schreibmaschine vorstellen. Die ersten Fernschreiber hatten eine Tastatur und eine Einrichtung zum Drucken. Wurde eine bestimmte Taste gedrückt, wurde das Zeichen am anderen Ende der Fernschreiberleitung ausgedruckt. Dabei konnten nicht die gewöhnlichen Telefonleitungen genutzt werden, da Fernschreiber mit Gleichstrom funktionierten. Die Übertragungsrate lag bei 50 Bit pro Sekunde. Im Jahre 1958 führte AT&T den Dataphone-Service ein, der die Kommunikation zwischen Computern via Telephonverbindungen ermöglichte. Ermöglicht wurde dies durch einen sogenannten Dataphone-Set, ein Gerät das heute unter dem Namen Modem besser bekannt ist. Mittels des Dataphone-Sets konnten Terminals über Standleitungen sehr einfach an weit entferneten Hostrechnern angeschlossen werden. Die Übertragungsrate lag bei 300 Bits pro Sekunde, was für die damaligen Zwecke völlig ausreichend war. Mit der Einführung des Dataphones verabschiedete AT&T auch den ersten Modem Standard unter der Bezeichnung Bell Dataphone 103, der die Spielregeln der Übertragung der Daten auf diesem Gerät festlegte. Die nächste Stufe war das Bell-212a-Modem mit einer Übertragungsrate von 1.200 Bits pro Sekunde. Nach 1984 - als AT&T privatisiert und in Einzelgesellschaften aufgelöst wurde - übernahmen andere Gremien die Standardisierung von Datenübertragung via Modem. So legte die CCITT die Norm für 2.400 Bit Übertragungen in der Norm V.22bis fest. Der Appendix ''bis'' kommt aus der französischen Sprache (CCITT hat ja dort seinen Sitz) und bedeutet soviel wie erneut oder zweimal. V.22bis bezeichnet daher die überarbeitete Version der V.22 Norm. Etwa zeitgleich mit der Auflösung von AT&T begann der Aufstieg der Personal Computer. Damit wandelte sich auch qualitativ das Aufgabenumfeld der Modems, waren sie vormals hauptsächlich zur Online-Verarbeitung eingesetzt, so begannen die Benutzer nun, mehr und mehr Daten zu übertragen. Für die Online Berabeitung ist eine Übertragungsrate von 2.400 Bits pro Sekunde ausreichend, für einen Datentransfer von Computer zu Computer reicht das nicht mehr. Das CCITT - Gremium veröffentlichte als Folge dessen einen Standard für die Übertragung von 9.600 Bit pro Sekunde, dieser Standard wird mit V.32 bezeichnet. Bei allem, was über diese Übertragungsrate hinausgeht, versucht(e) jeder Hersteller seine eigene Suppe zu kochen. Ein wesentlicher Aspekt bei der Realisierung höherer Übertragungsraten mittels Modems ist, daß die physikalische Grenze der Datenübertragung auf den analogen Telefonleitungen bei 2.400 Baud liegt. Dies ist eine Folge des Nyquist-Shannon Theorems. Die einzige Möglichkeit, die Übertragungsrate zu steigern, besteht darin, mehr Bits pro Baud zu übertragen. Im Jahre 1991 beendete das CCITT die Arbeit am V.32bis Standard, also der Überarbeitung des V.32 Standards. Dieser sieht eine Datenübertragungsrate von 14.400 Bits pro Sekunde vor. Nach V.32bis wurde der V.34 Standard verabschiedet, der eine Übertragungsrate von 28.800 Bit pro Sekunde erlaubt. Die neueste Entwicklung nach immer höheren Übertragungsraten wurde am 6. Februar 1998 in Genf6.2 von der ITU nach langem hin und her zwischen zwei rivalisierenden Interessengruppen verabschiedet und lautet V.90. Dieses Kürzel bezeichnet einen Modem-Standard, der eine Übertragung von 56KBit zulässt. Moderne Modems verfügen über integrierte Datenkompressions- und/oder Fehlerkorrekturmechanismen. Der große Vorteil dieser Eigenschaften ist eine effektive Erhöhung der Datenübertragung, ohne daß die bestehende Software geändert werden muß. Der Standard V.42bis benutzt zum Beispiel einen Ziv-Lempel Kompressionsalgorithmus, der auch in einigen Pack-Programmen (z.B. compress in der UNIX-Welt) eingesetzt wird. Modems werden für die Datenübertragung im analogen Telefonnetz eingesetzt. Solange die Mehrzahl der weltweit installierten Anschlüsse nicht direkt auf das ISDN Netz sondern mit dem Endgerät auf das analoge Telefonnetz zugreift, werden Modems ihre Bedeutung für die Datenübertragung beibehalten. Ein Modem empfängt Daten vom Rechner in digitaler Form und wandelt sie in analoge Signale um, damit sie über die Telefonleitung transportiert und am anderen Ende von einem zweiten Moden demoduliert werden können. Somit stehen dann die Daten wieder in digitaler Form zur Verfügung. Beim Anschluß der Modems unterscheidet man zwischen solchen, die vorwiegend bei PC als Steckkarten im Rechner eingebaut werden, und externen Modems, die über die serielle RS232 Schnittstelle angeschlossen werden.
Standard Beschreibung
Bell 103 300bps, Vollduplexbetrieb über Wählleitung,
  Standard in USA u. Kanada
V.21 300bps, Wählleitung oder Zweidraht Standleitung
Bell 212a 1200bps, Vollduplexbetrieb über Wählleitung,
  Standard in USA u. Kanada
V.22 1200bps, Vollduplexbetrieb über Wählleitung
  oder Zweidraht Standleitung
V.22bis 2400bps, Vollduplexbetrieb über Wählleitung
  oder Zweidraht Standleitung
Bell 202 2400bps, Halbduplexbetrieb über Zweidraht
  oder Vollduplexbetrieb über Vierdraht
  Standleitung
V.23 75/1200bps Halbduplexbetrieb über Wählleitung
V.24 Schnittstellendefinition nach ITU-TSS
  identisch zu RS-232
V.25bis Definition des Wählverfahrens (asynchrone
  oder synchrone Verbindungen)
Bell 201 2400bps, Halbduplexbetrieb über Wählleitungen
  oder Vollduplexbetrieb über Vierdrahtleitungen
  wird vorwiegend für synchrone Verbindungen
  verwendet.
V.26 2400bps, Halbduplexbetrieb über Zweidraht-
  oder Vierdraht-Vollduplexbetrieb. Vorwiegend für
  synchrone Verbindungen.
Bell 208 4800bps, Halbduplexbetrieb über Wählleitungen
  oder Vollduplexbetrieb über Vierdrahtverbindungen
  Vorwiegend für synchrone Verbindungen.
V.27 4800bps, Zweidrahthalbduplex- und
  Vierdrahtvollduplexbetrieb
  Vorwiegend für synchrone Verbindungen.
V.29 9600bps, Zweidrahthalbduplex- und
  Vierdrahtvollduplexbetrieb
MNP Class 6 Pseudo-Duplex Standard für 9600bps
  Übertragungen
V.32 9600/4800bps, Vollduplexbetrieb über
  Wählleitungen oder Zweidraht Standleitungen.
  Sowohl für synchrone als auch asynchrone
  Verbindungen.
V.32bis 14.400bps, Vollduplexbetrieb über
  Wählleitungen oder Zweidraht Standleitungen.
  Sowohl für synchrone als auch asynchrone
  Verbindungen.
V.32terbo 19.200bps, Vollduplexbetrieb über
  Wählleitungen, kein ITU Standard,
  herstellerspezifisch.
V.33 14.400bps, synchrone Verbindung über
  Vierdraht Standleitung.
V.FAST(V.34) 28.800bps, Übertragungsstandard zu V.34
  enthält die meisten Funktionen von V.34
V.34+ 33.600bps Übertragungsstandard zu V.34
V.35 Hardware Schnittstellendefinition des ITU-DSS.
  Vorwiegend für High-Speed Modems
MNP Class 3 & 4 Standard zur Fehlerkorrektur
V.42 Erweiterte Fehlerkorrektur; Kombination
  aus MNP 3 & 4 und ITU-TSS LAP-M
MNP Class 5 Datenkompression mit Kompressionsfaktor 2 zu 1.
MNP Class 7 Datenkompression mit Kompressionsfaktor 3 zu 1,
  wird selten angewendet
V.42bis Datenkompression gemäß ITU-TSS;
  Kompressionsfaktor 4 zu 1
V.54 Loopback Selbsttestverfahren nach der ITU-TSS
  Spezifikation
V.90 ITU-TSS Modemstandard, bis zu 56kbps
  downstream und 33,6kbps upstream
Die Fähigkeit heutiger Modems, auch faxe versenden und empfangen zu können, hat spezielle Faxkarten vom Markt verdrängt. Für das Konfigurieren und Steuern von Modems hat sich der sogenannte Hayes - kompatible Befehlssatz durchgesetzt. Er wird auch AT - Befehlssatz genannt, weil die Kommandos mit AT beginnen. Die Vielzahl der am Markt angebotenen Modems unterscheidet sich hauptsächlich durch den Übertragungsmodus (asynchron und synchron) und in der Übertragungsgeschwindigkeit. Asynchrone Übertragungen arbeiten zeichenweise. Jedem zu übertragenden Zeichen wird ein zusätzliches Startbit und ein oder zwei Stoppbits hinzugefügt. Bei synchroner Übertragung werden alle Datenbits direkt aufeinanderfolgend gesendet. Die Synchronisation erfolgt durch separate Taktleitungen. Allerdings braucht man für Synchronmodems auch entsprechende synchrone Anschlüsse mit entsprechenden Protokollen. In der Regel werden asynchrone Modems eingesetzt. Für das Übertragen großer Datenmengen können Modems nie schnell genug sein. Mit dem Übertragungsstandard V.34+, der eine Bruttoübertragungsrate von 33.600 bit/sec spezifiziert, ist immer noch nicht die maximale Kapazität einer Telefonleitung ausgereizt, obwohl deren Limit schon bei den 28800 bit/sec Modems prognostiziert wurde. Für die neue Geschwindigkeitskategorie von 56.600 bit/sec ist derzeit noch kein offizieller Standard verabschiedet, jedoch bieten US Robotics mit der x2-Technologie und Rockwell/lucient mit K56flex bereits Lösungen an, die beim Herunterladen von Dateien Übertragungsraten bis zu 56 kbits/sec erlauben. Voraussetzung dafür ist ein sogenannter 56K Host. Ältere herstellerspezifische Protokolle wie PEP, HST, V.32terbo oder V.FAST haben inzwischen ihre Bedeutung verloren, da mit dem V.34+ Standard all diese Protokolle in der Übertragungsgeschwindigkeit übertroffen werden.
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Yasar Arman
2000-05-15