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Netzwerklösungen

Datenübertragung mit Telefon-Modems im Internet

9. November 2018, 10:40 Uhr | Autor: Patrick Conway, Virtual Access / Redaktion: Diana Künstler

Auch in Zeiten der Digitalisierung gibt es Anwendungen, die immer noch Telefon-Modems nutzen müssen. Dieser technische Fachbeitrag von Virtual Access geht darauf ein, wie diese auch weiterhin funktionieren können und welche Randbedingungen sowie dafür geltende Standards beachtet werden sollten.

Telefon-Modems waren früher weit verbreitet, da diese Methode der Datenübertragung flexibel und kostengünstig ist und im digitalen Telefonnetz sehr verlässlich funktionierte. Dies wurde schon zum Großteil vom Internet abgelöst, in dem es deutlich schnellere Anschlüsse gibt, welches heute auch für die Telefonie genutzt wird. Doch es gibt Anwendungen, die immer noch Telefon-Modems nutzen müssen.

Die Anfänge
Zuerst einmal ein Blick in die Vergangenheit, der zeigen soll, dass der Siegeszug von Telefon-Modems eng verknüpft ist mit der Digitalisierung im Telefonnetz, schon lange bevor dies für den Nutzer direkt verfügbar war. Ein wesentlicher Teil der damalig entwickelten technischen Verfahren wird auch heute noch verwendet.

Warum man schon früh das Telefonnetz auch zur Datenübertragung verwendet hat, wird erst dann plausibel, wenn man alle verfügbaren Methoden zum Datenaustausch betrachtet, die es zu der Zeit gab als immer mehr Computer genutzt wurden. Damals waren Computer noch keine Einzelgerätte auf oder unter einem Tisch, sondern raumfüllende Anlagen, die eher noch autonom genutzt wurden. Für den gelegentlichen Datenaustausch waren Lochkarten und Magnetbänder oder -platten ausreichend. Wenn für eine Anwendung eine Vernetzung von Computern an verschiedenen Standorten benötigt wurde, waren anfangs dazu nur Festverbindungen geeignet. Das waren im Nahbereich oft nur Drahtpaare in Telefonkabeln, über größere Entfernungen ein analoger Sprachkanal, dessen Verzerrungen häufig noch kompensiert werden musste. Dafür mussten auch schon immer Modems verwendet werden. Telefonwählverbindungen waren erst einmal nur eingeschränkt nutzbar, da recht unterschiedliche Verzerrungen auftreten konnten und es durch die Vermittlungstechnik auch erhebliche Störgeräusche gab.

Die Telefonie wird digital
Mit den Fortschritten in der digitalen Halbleitertechnik verbesserte sich diese Situation wesentlich, da nun analoge Signale leicht digitalisiert werden konnten. Dies erlaubte auch die Verwenduung einer neuen Technologie zur Mehrfachnutzung bei der Fernübertragung von Sprachkanälen, das Zeitschlitz-Multiplexverfahren (TDM, engl. Time Division Multiplexing). Zur Signaldigitalisierung wird dabei Pulse Code Modulation (PCM) verwendet, bei dem das Sprachband-Signal 8.000 mal pro Sekunde abgetastet und jeweils wie ein Messwert in eine digitale Zahl umgewandelt wird. Dazu reichen 8 Bit (oder nur 7-Bit in Nordamerika), welches in der Internationalen Empfehlung G.711 standardisiert ist. Zur Übertragung auf langen Kabeln werden dann digitale Signalverstärker benötigt, welche für große Entfernungen ohne nennenswerte Einbußen verkettet werden können. Diese Digitalisierung war auch für die Nutzung des neuen Übertragungsmediums Glasfaser erforderlich. Damit wird eine qualitativ hochwertige Signalübertragung mit sehr geringen Verzerrungen und Störungen über eine quasi unbegrenzte Reichweite möglich.

Mit dieser neuen, digitalen Übertragungstechnologie, die schon eine recht hohe Geschwindigkeit (bis 2 MBit/s) und eine niedrige Fehlerrate hatte, waren auch wesentlich bessere, digitale Festverbindungen möglich. Dies war auch ein entscheidender Schritt, um eigenständige Netze nur für die Datenübertragung realisieren zu können. Diese Datennetze waren flexibler und kostengünstiger als Festverbindungen, doch die Anschlüsse noch erheblich teurer als am Telefonnetz. Darum gab es an bestimmten Datennetzen, dabei dann auch am Internet, für die gelegentliche Nutzung einen Zugang mit Modem über Telefonverbindungen, welches erheblich zur Verbreitung von Telefonmodems beigetragen hat. Diese TDM-Infrastruktur wurde später erweitert mit digitaler Vermittlungstechnik für Telefonverbindungen, mit der es auch digitale Telefon-Anschlüsse für die Nutzer gab. Damit war die Grundlage für das ISDN (engl: Integrated Services Digital Network), dem universellen Digitalnetz für Sprache und Daten, geschaffen.

Genau betrachtet ist das ISDN nichts anderes als ein Leitungsvermittlungs-Datennetz, das nur eine transparente, synchrone Leitungsvermittlung (64 kBit/s bzw. 56 kBit/s in Nordamerika) mit digitaler Verbindungssteuerung im separaten Datenkanal (out-band) leistet. Da die Hauptnutzung Telefonie ist, hat es aber weiterhin noch die herkömmlichen analogen Telefonanschlüsse mit Verbindungssteuerung über Pulse (typisch für eine Wählscheibe) oder auch schon Wähltöne (typisch für einen Tastenblock). Die Digitalisierung des Signals erfolgt dann erst in der Anschlusstechnik der digitalen Vermittlungsstelle und gewährleistet bis zur Gegenstelle beste Signalübertragungsqualität, was ideal auch für Modemsignale ist.

Damit wurde aber die eigentliche Bestrebung, mit dem ISDN einen grundlegenden Umbruch bei der Datenübertragung zu erreichen und dabei das Telefonmodem weitgehend abzulösen, untergraben: Nicht nur der analoge Telefonanschluss selbst, sondern auch die Technik beim Kunden dafür einschließlich des Modemgerätes, waren preisgünstiger als der digitale Anschluss und die dazu notwendigen Geräte. Dieser wurde meist nur dann verwendet, wenn die damit möglichen zusätzlichen Eigenschaften auch benötigt wurden, wie mehrere Verbindungskanäle auf einem Anschluss. Für die schnelle Datenverbindung über das ISDN muss aber auch die Gegenstelle ein digitaler Anschluss sein. Wenn anstelle noch ein Modem verwendet wird, ist die Übertragungsgeschwindigkeit zwar deutlich niedriger, doch die Art der Gegenstelle kann beliebig sein. Dies ist auch ein wesentlicher Grund, weshalb sich bei Telefax die Gruppe3 mit Modem weit verbreitet hatte.