[HaBi 1]    Kleines Computer Tutorial, Grundlagen der Datenübertragung.

Kleines Computer Tutorial, Grundlagen der Datenübertragung. Schon des öfteren wurde das Fehlen einer Einführung in die Techniken der Datenübertragung bemängelt: "Es wird so erklärt, daß es nur die verstehen, die es sowieso schon wissen!" Ich hoffe, daß ich mit diesem Artikel dem ein klein wenig abhelfen kann. Der Fernschreibcode (Baudot-Code) Ein sehr gutes Beispiel für die Datenfernübertragung ist der einfache Fernschreiber. Fast jeder kennt die Lochstreifen, die man mit vielen dieser Fernschreiber stanzen kann. Diese Lochstreifen haben sechs Reihen von Löchern nebeneinander. Eine dieser Reihen besteht aus kleineren Löchern, die kontinuierlich auf dem ganzen Lochstreifen gestanzt sind. Diese Reihe dient nur dem Transport des Lochstreifens durch den Lochstreifenleser und wird deshalb "Transportlochung" genannt. In den anderen fünf Reihen sind nicht überall die größeren Löcher gestanzt. Das Muster dieser größeren Löcher stellt die Textinformation des Lochstreifens dar. Mit fünf mal Loch oder kein Loch können 2' = 32 verschiedene Zeichen dargestellt werden. Da man 26 Buchstaben, 10 Ziffern und einige Sonderzeichen übertragen will, reicht das nicht aus. Im Baudot-Code sind deshalb die Zeichen doppelt belegt. Zwischen den beiden Belegungen wird mit Hilfe besonderer Umschaltzeichen und hin- und hergeschaItet. schaltet auf die Buchstabenebene, auf die Ziffernund Sonderzeichenebene. Wagenrücklauf , Zeilenvorschub , das Leerzeichen, die Umschaltzeichen und sowie das Sonderzeichen <32> (gar kein Loch) sind in beiden Ebenen enthalten. Zur Übertragung der Fernschreibzeichen auf dem Leitungsnetz werden die Fernschreibzeichen in Stromimpulse umgewandelt. Wenn kein Betrieb auf der Leitung ist, fließt dort ein Strom von 40-50 mA. Die Zeichen werden als Unterbrechungen des Stromflusses übertragen. Dabei bedeutet "Loch" "mark" = "Strom" und "kein Loch" "space" = ''kein Strom". Damit man weiß, wann ein Zeichen beginnt, wird als "Startschritt" grundsätzlich einmal "kein Stom" vorangestellt. Es folgen die fünf den Löchern entsprechenden Informationsschritte. Wenn man den Lochstreifen so hält, daß die Zeichen von links noch rechts zu lesen sind und die Transportlochung in der oberen Hälfte liegt, so wird das untere Loch zuerst, das obere zuletzt ausgesandt. Zum Abschluß des Zeichens folgt ein "Stoppschritt" "Strom", der 1.5mal so lang ist wie die übrigen Schritte. Ein komplettes Fernschreibzeichen auf der Leitung ist also insgesamt 7.5 Schritte lang. Die Schrittgeschwindigkeit wird in Schritte/Sekunde bzw. Bits/Sekunde genannt "baud" gemessen. (baud kommt aus dem Französischen und wird "bohd" ausgesprochen.) Der normale Fernschreibverkehr in Europa verwendet eine Schriftweite von 20 ms, entsprechend 50 baud, die U.S.A. und die Funkamateure benutzen eine Schrittweite von 22 ms, entsprechend 45.45 baud. Nachrichtendienste schreiben auch mit 75 baud. Zur Ubertragung auf dem Funkwege strahlt man die Fernschreibzeichen als einen Wechsel von zwei Frequenzen aus. Im Amateurfunk hat sich als Norm durchgesetzt, "Strom" als die höhere, "kein Strom" als die niedrigere Frequenz zu benutzen. Meist verwendet man dort die Methode des "Audio Frequency Shift Keying", kurz AFSK. Dabei werden zwei niederfrequente (hörbare) Töne erzeugt, z.B. 2125 Hz für "mark" und 1275 Hz für "space". Diese Töne benutzt man, um damit einen Ein-Seitenband-Sender anzusteuern, der die niederfrequenten Töne in hochfrequente Schwingungen verwandelt. Auf der Empängerseite wandelt man wieder in umgekehrter Richtung um: Hochfrequenz -> Niederfrequenz -> Stromschritte. Es ist nun eine sehr einfache Sache, die niederfrequenten Töne auch für eine Übertragung durch das Telefonnetz zu benutzen. Dazu schließt man an den Tonerzeuger (die AFSK) einen Lautsprecher an und hält diesen vor die Sprechmuschel des Teleforihörers. STOP! So etwas ist natürlich nicht erlaubt, da eine Amateurfunk-AFSK und ein Lautsprecher nicht FTZ-geprüft sind. Aber theoretisch geht es. Der ASCII-Code und "V.24" Computer verwenden normalerweise nicht den Baudot- sondern den ASCII-Code. Der ASCII-Code (American Standard Code for Information Interchange) hat nicht 5 sondern 7 Bits pro Zeichen und kann somit 2^7 = 128 verschiedene Zeichen darstellen, ohne Umschaltzeichen verwenden zu müssen. Der ASCII-Code wird auf Leitungen genauso übertragen wie der Baudot-Code. Nur fließen auf der Strornschleife nicht 40-50 mA, sondern nur 20 mA. Gebräuchlicher für den ASCII-Code ist jedoch die Verwendung von Signalen nach einer Schnittsteilerinorm, die man oft als "V.24" Schnittstelle bezeichnet. Diese Norm geht zurück auf die EIA RS 232 A Norm, die von ISO überarbeitet und ols V.24 bekannt wurde /1/. Seit 1972 werden jedoch in V.24 (entspricht DIN 66020) nur noch die Schnittstellenleitungen festgelegt. Die elektrischen Eigenschaften sind in V.28 (entsprechend DIN 66259 Teil 1) definiert und gelten für Übertragungsraten bis zu 20 kbit/s: Ist der Spannungspegel einer Leitung -15 bis -3 V gegen über der Betriebserde, so entspricht dieses dem Signalzustund "1 " oder "mark" bei Datenleitungen bzw. "AUS" bei Signal- oder Meldeleitungen, Ein Spannungspegel von +3 bis +15 V wird als ''0'' oder "space" bzw. als "EIN" erkannt. Der Spannungsbereich von -3 bis +3 V gilt als "undefiniert" oder "offen", wird aber so an die nachfolgende Schaltung weitergeleitet, als läge die Spannung für "mark" an. Durch diese Definition ist es möglich, die Schnittstelle auch ohne negative Spannungen zu betreiben. Beim Sender darf der Betrag der Leerlaufspannung 25 V, der Kurzschlußstrom 500 mA nicht überschreiten. Er dürfen bei Kurzschluß gegen Masse oder eine andere Leitung der Schnittstelle oder bei Leerlauf keine Beschädigungen des Senders auftrefen. Der Quellenwiderstand muß so ausgelegt sein, daß der Betrag der Spannung auf der Leitung zwischen 5 und 15 V liegt, wenn die Leitung mit einem Lastwiderstand von 3 k0 bis 7 kf) abgeschlossen ist. Außerdem muß eine Flankensteilheit von max. 1 ms oder 3% der Schrittdauer (es gilt der kleinere Wert) gewährleistet sein, wenn der Sender zusätzlich mit 2.5 nF belastet wird. Der Empfänger muß Eingangsspannungen vorn Betrag bis 15 V verarbeiten können. Der Betrag der Leerlaufspannung Soll kleiner als 2 V sein, die Lastkapazität kleiner als 2.5 nF. Der Lastwiderstand soll zwischen 3 und 7 k0hm liegen. Die genauen Angaben sind in /11/ DIN 66259 nachzulesen, die Definition der Schnittstellenleitungen in DIN 66020. Für die Steckerbelegung ist die iS0 Norm 2110 im Entwurf, die einen 25poligen Stecker vorsieht. Der ASCII-Code Der ASCII-Code, oder besser gesagt der CCITT Nr.5 Code ist in DIN 66003 festgelegt /2/. In dieser Norm sind zwei Codetabellen angegeben, eine für den internationalen Gebrauch und eine zweite für Anwendungen in Deutschland mit Umlaufen. Wenn keine Absprache über den Code getroffen wurde, gilt die internationale Tabelle. Auch im ASCII-Code beginnt man die Aussendung eines Zeichens mit einem "space"-Schritt (siehe DIN 66022 /1/). Es folgen die 7 Datenbits, das Bit mit der niedrigsten Wertigkeit zuerst, das mit der höchsten zuletzt. Als achtes Bit wird dann noch ein Paritätsbit mitübertragen, das die Anzahl der "marks" eines Zeichens bei asynchroner Übertagung auf eine gerade Zahl ergänzt (gerade Paritöt). Abgeschlossen wird das Zeichen durch ein oder zwei Stopschritte, die auf"mark"-Potential liegen. Zur synchronen Übertragung (ohne Start- und Stopschritte) wird auf eine ungerade Zahlvon "marks" ergänzt, damit mindestes ein Bit jedes Zeichens "mark" oder "space" ist, und so die Synchronisation nicht verlorengeht. Gebräuchliche Geschwindigkeiten für den ASCII-Code sind 110, 134, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 und 19200 baud.Außerdem verwendet man 75 baud im sogenannten "Hilfskanal" bei Quasi-Vollduplex-Obertragungen über Telefonleitungen, wenn die Bandbreite für eine Vollduplex-Obertragung nicht ausreicht und die Richtung vom Rechner zum Terminal mit 600 oder 1200 Baud arbeitet (z.B. bei BTX). Für Geschwindigkeiten bis zu 200 Baud sind bei elektromechanischen Geräten (mechanische Fernschreiber wie der ASR-33 z.B.)zwei Stopschritte vorgesehen. In allen anderen Fällen soll nur ein Stopschritt verwendet werden. Modem Töne Zur Übertragung auf der Telefonleitung werden die Spannungsimpulse in einem Modern in Töne verwandelt (moduliert) bzw. die Töne in Spannungsimpulse (demoduliert). Eine gute Zusammenfassung der verwendeten Töne ist in /3/ enthalten. Grundsätzlich kann man wählen zwischen: A) VoIlduplex-Verbindungen, bei deren auf der Leitung der Verkehr in beiden Richtungen gleichzeitig möglich ist, dafür aber nur bis 300 baud, B) Halbduplex-Verbindungen mit Geschwindigkeiten bis zu 1200 baud und Umschaltung der Richtung durch Trägersteuerung oder Kontrollzeichen,oder C) Haibduplex-Verbindungen auch mit Geschwindigkeiten bis zu 1200 baud und einem langsameren Rückkanal bis zu 75 baud, der entweder zur Steuerung der Richtung des Hauptkanals verwendet wird, oder (als Quasi-Vollduplex) für die Verbindung vom Terminal ZUM Rechner (z.B. Bildschirmtext). Bei den Vollduplex-Verbindungen unterscheidet man zwischen der anrufenden Station "originate" und der angerufenen ."answer", die jeweils ein anderes Frequenzpaar zum Senden benutzen. Durchweg verwendet die "originate"-Station das niedrigere Frequenzpaar zum Senden und das höhere zum Empfangen, die "answer"-Station umgekehrt. In allen Anwendungen gibt die angerufene Station zunbchst einen "Antwort-ton" auf die Leitung. In einigen Telefonnetzen wird dieser dazu verwendet evtl. vorhandene Rücksprechdämpfungen auszuschalten, die sonst verhindern, daß man sich selbst zu laut aus der Hörmuschel hört, aber beim Vollduplexbetrieb stören würden. Die Töne der Sendeseite in Hz sind im Einzelnen (siehe /3/): BELL 103 "originate", 300 baud, 1070 "space", 1270 "mark". BELL 103 "answer", 300 baud, 2025 "space'', 2225 "mark", 2225 "Anwortton". BELL 202, 1200 baud, 2200 "space", 1200 "mark", 2025 "Anwortton". BELL 202 ROckkanal, 5 baud, 387, Ein-/Auslastung zur Richtungsumschaltung. CCITT V.21 "originate", 300 baud, 1180 "space'', 980 "mark". CCITT V.21 "cinswer'', 300 baud, 1850 "space'', 1650 "mark", 2100 ''Antwortton". CCITT V.23 Mode 1. 600 baud, 1700 "space", 1300 "mark", 2100 "Antwortton". CCITT V.23 Mode 2, 1200 baud, 2100 "space", 1300 "mark", 2100 "Antwortton". CCITT V.23 RUckkanal, 75 baud, 450 "space", 390 "mark". In Deutschland wird offiziell nur mit den Tönen nach CCITT gearbeitet. Verwendet man die Bell-Töne, so sollte man ein besonderes Augenmerk auf die nächste Gebührenrechnung der Post richten. Es isf nicht ouszuschließen, dcß der Zähler für die Gesprächseinheiten ungnädig auf "falsche Töne" reagiert. A. D. Literaturnachweis: /l/ DIN Taschenbuch 25, "Informationsverarbeitung 1", Beuth Verlag GmbH, Berlin, Kö1n. /2/ DIN Taschenbuch 166, "Informationsverarbeitung 4", Beuth Verlag GrnbH, Berlin, Köln. /3/ Am79110, "FSK Modem World-Chip", Datenblaff, Advanced Micro Devices.

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