Datenübertragung einfach erklärt

Aspekte, die eine Datenübertragung bestimmen, sind:

• Geräte und Systeme, von denen aus Personen oder Organisationen Daten senden (kurz: „Sender“).
• Zielgeräte und -systeme, die Daten empfangen (kurz: „Empfänger“).
• Physikalische Größe, die eine Form der Datenübertragung definiert (z. B. die Frequenz elektromagnetischer Wellen in Hertz, Hz).
• Protokolle, die Regeln und Standards für eine Form der Datenübertragung festlegen.

Übertragungstechnik: Analog vs. digital

• Analoge Datenübertragung: Analoge Signale liefern einen kontinuierlichen Datenstrom und verlaufen in Wellenform. Es ist nicht einfach, einen analogen Übertragungskanal von äußeren Einwirkungen abzuschirmen: Deshalb besteht das Risiko des Informationsverlusts bzw. der -verfälschung. Analoge Übertragungstechnologien waren früher weitverbreitet, sie kommen heute jedoch z. B. noch bei der Übertragung von Radiosignalen (UKW-Rundfunk) zur Anwendung.
• Digitale Datenübertragung: Digitaltechnik hat die Übertragung von Daten vereinheitlicht und nutzt diskrete Signale in Form von binären Codes. Die kleinste Einheit zum Tragen von Informationen ist ein sogenanntes Bit. Die Daten bestehen aus mehreren Bitfolgen. Ein Bit kann nur zwei Zustände einnehmen: „High“ oder „Low“, beziehungsweise eins (1) oder null (0). Es sind auch andere gegensätzliche Zustände möglich, beispielsweise „Licht an“ und „Licht aus“.
• Die Übertragung digitaler Codes kann mittels elektrischer oder optischer Signale geschehen. Beides gilt als effizient und wenig störanfällig. Bei der digitalen Datenübertragung lassen sich die Daten außerdem verschlüsseln. Weiterhin gibt es Fehlerkorrekturmechanismen, die dafür sorgen, dass verlorene oder beschädigte Daten nochmals gesendet werden.

1. Codierung: Die Originaldaten für Text, Video, Audio oder auch Sensordaten (z. B. zu Temperatur, Feuchtigkeit oder Bewegung) werden für den Transfer codiert.
2. Medienwahl: Der Datentransfer erfolgt über ein gewähltes Übertragungsverfahren (z. B. Funk, Glasfaser- oder Kupferkabel).
3. Signalübertragung: Die Verbreitung verläuft etwa über Netzwerke, Router oder Switches.
4. Decodierung: Beim Empfang erfolgen eine Decodierung und Fehlerprüfung.

Übertragungsverfahren: Kabelgebunden oder drahtlos

• Kupferkabel: Kupferkabel übertragen Daten über physische Leitungen in Form von elektrischen Signalen. Kupferleitungen sind in Deutschland sehr gut verfügbar, überwiegend als Twisted-Pair-Kabel mit zwei Aderpaaren oder – stärker isoliert – als Koaxialkabel mit einem Innen- und einem Außenleiter.
• Glasfaserkabel: Glasfaserkabel transportieren Daten ebenfalls über physische Leitungen, allerdings als Lichtteilchen (Photonen). Die erreichbare Datenübertragungsgeschwindigkeit ist extrem hoch, da optische Signale höhere Bandbreiten erlauben, auf weite Strecken weniger Signalverlust aufweisen und deutlich robuster gegenüber Störeinflüssen von außen sind. Ein Glasfaserkabel besteht aus vielen dünnen Glasfasern. Man unterscheidet hierbei Singlemode-Fasern für längere Distanzen und Multimode-Fasern für kürzere Distanzen. Das Glasfasernetz ist bislang allerdings nicht in allen Regionen Deutschlands verfügbar und reicht noch nicht bis in jedes Haus. Ob ein Glasfaser-Anschluss bei Ihnen möglich ist, verrät Ihnen unser Verfügbarkeitscheck.

• Drahtlose Signale: Die drahtlose Datenübertragung erfolgt über den freien Raum. Hierfür kommen Antennen zum Einsatz. Beim Mobilfunk beispielsweise läuft der Datentransfer über hochfrequente elektromagnetische Felder, die sich als Wellen ausbreiten und in der Lage sind, unterschiedlichste Datenarten mit extrem hoher Geschwindigkeit über große Strecken zu übertragen. Neben den Mobilfunknetzen bieten auch Satellitendienste hohe Bandbreiten für die drahtlose Datenübertragung. Bei den drahtlosen Verbindungen können aufgrund von Signalstörungen Schwankungen bei der Übertragungsgeschwindigkeit auftreten. Außerdem kann die Reichweite witterungsbedingt oder durch Bauwerke eingeschränkt sein.

Datenübertragungsarten

• Simplex-Verbindung bzw. Richtungsbetrieb: Die Simplex-Übertragung ist eine Einweg-Kommunikationsmethode, bei der die Daten nur in eine Richtung fließen, beispielsweise vom Radiosender hin zum Radioempfänger. Sie eignet sich, wenn kein Rückkanal erforderlich ist. Ihre Einfachheit ist attraktiv, doch für heutige Anforderungen fehlt dieser Übertragungsart die Interaktivität sowie die Möglichkeit für Feedback.
• Halbduplex-Verbindung bzw. Wechselbetrieb: Bei dieser Methode können die Daten in beide Richtungen fließen, allerdings immer nur in eine Richtung zur selben Zeit. Ein typisches Beispiel sind Sprechfunkgeräte, die das Sprachsignal nur in eine Richtung leiten. Die Halbduplex-Übertragung benötigt weniger Bandbreite als die Vollduplex-Verbindung.
• Vollduplex-Verbindung: Die Vollduplex-Übertragung ist der flexibelste Verbindungstyp; dieser erlaubt auch den Gegenbetrieb. Die Daten können also in beide Richtungen und zur selben Zeit fließen. Typische Beispiele sind Telefon- oder Internet-Anwendungen wie Videokonferenzen. Vorteilhaft an der Vollduplex-Übertragung ist, dass sie die Kommunikation deutlich beschleunigt und vorhandene Bandbreiten ausnutzt. Sie ist perfekt für Anwendungen, die eine Echtzeit-Kommunikation erfordern.
• Parallele Datenübertragung: Bei der Parallelübertragung werden Bitfolgen zeitgleich über mehrere Kanäle übermittelt. Diese Methode kommt typischerweise zum Einsatz, wenn Geschwindigkeit von zentraler Bedeutung ist, beispielsweise bei der Kommunikation innerhalb eines Computers. Die parallele Übertragung ist eher für sehr kurze Distanzen geeignet. Darüber hinausgehend wäre die Synchronisierung mehrerer nicht exklusiv genutzter Kanäle schwer zu steuern, was eine Signalverschlechterung oder Signalverzögerungen nach sich ziehen könnte.
• Serielle Übertragung: Die serielle Übertragung versendet Bits nacheinander, das heißt sequenziell und nur über einen einzigen Kommunikationskanal. Das funktioniert beispielsweise für die Fernkommunikation und ist etwas langsamer als die Parallelübertragung, aber sehr zuverlässig und kann Kosten sparen. Die Methode erfordert nur wenig Hardware. Typische Einsatzfelder sind die USB-Anschlüsse von Peripheriegeräten.

Datenübertragungsprotokolle

Kommunikationsprotokolle definieren beispielsweise:

• Formate für Datenpakete
• Adressierungsarten für Zielgeräte
• Regeln für die Bestätigung von Datenpaketen
• Mechanismen für die Fehlererkennung und -korrektur

In der Netzwerktechnik hat sich das OSI-Schichtenmodell etabliert, um komplexe Vorgänge innerhalb des Netzes aufzugliedern.

Gängige Netzwerkprotokolle sind:

• TCP/IP: Die Protokollfamilie TCP/IP umfasst etwa 500 Einzelprotokolle und bildet die Grundlage für das Internet sowie für andere Netzwerke. „TCP“ steht für „Transmission Control Protocol“ und „IP“ für „Internet Protocol“. Die TCP/IP-Protokolle sind die Garantie für die Interoperabilität zwischen verschiedenen Netzwerkstrukturen und -geräten: Sie funktionieren losgelöst von Betriebssystemen, Hardware und Software. IP ermöglicht das Adressieren und Routen der Daten, während TCP die korrekte Übertragung und Ankunft der Daten überwacht. Ohne TCP/IP gäbe es kein Surfen im Internet.
• Ethernet: Bei Ethernet handelt es sich um ein Protokoll, das verschiedene Geräte in einem geschlossenen Netzwerk (z. B. einem Bürogebäude) miteinander verbindet. Es legt bestimmte Kabeltypen und weitere Eigenschaften fest. Ethernet-Kabel unterstützen die Datenübertragung zwischen Geräten mit hoher Bandbreite. Man spricht auch von LAN-Kabeln; „LAN“ steht für „Local Area Network“.
• UDP: Das User Datagram Protocol, kurz UDP, gehört zur Internet-Protokollfamilie und bietet als minimales, verbindungsloses und ungesichertes Netzwerkprotokoll eine Alternative zu IP. Anders als beim Internet Protocol wartet der Sender bei UDP nicht auf eine Empfangsbestätigung der Daten. UDP eignet sich beispielsweise für das Videostreaming und immer dann, wenn Datenverluste nicht allzu gravierend wären.

Daten sicher und DSGVO-konform übertragen

Datenübertragung DSGVO-konform

Datenübertragungsfehler erkennen und korrigieren

• Prüfsummen (Checksums): Die Prüfsummen werden bei der Datenübertragung an den Empfänger mitgesendet. Dieser kann anhand der Summe überprüfen, ob sich bei bestimmten Datenpaketen Fehler eingeschlichen haben.
• Wiederherstellungsprotokolle (beispielsweise TCP): Wie oben erwähnt, gewährleistet TCP, dass fehlerhafte oder verlorene Datenpakete bemerkt und vom Absender erneut angefordert werden.

• WLAN: Die Abkürzung „WLAN“ steht für „Wireless Local Area Network“ (deutsch: „Drahtloses lokales Netzwerk“). Per WLAN können sich Geräte wie Notebooks und Smartphones drahtlos mit dem Internet verbinden – verschlüsselt oder über ein öffentliches Netzwerk, beispielsweise über öffentliche Hotspots in Hotels, Flughäfen oder Cafés. Im Büro können Mitarbeitende dank WLAN unkompliziert mit ihrem Notebook den Schreibtisch wechseln und haben auch in Konferenzräumen immer ihren eigenen Rechner dabei. Dieser Übertragungsweg heißt in einigen Ländern Wi-Fi. Beachten Sie bitte: Öffentliche Hotspots sind unsicher, da Ihre Datenübertragung von Dritten relativ problemlos abgehört werden kann.
• Bluetooth: Diese Technologie ist perfekt für die Datenübertragung über kurze Strecken bis zu 10 Metern. Sie verbindet unterschiedlichste Geräte direkt untereinander, z. B. Smartphones, Computer oder Tablets, Drucker oder Kopfhörer. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist hoch. Bluetooth benötigt keine Sichtverbindung und verbraucht nur wenig Energie.
• Messenger-Dienste: Mitarbeitende und Arbeitsgruppen kommunizieren heute gern über Messenger-Dienste wie WhatsApp oder Signal. Sie zählen zu den einfachsten Möglichkeiten, um schnell auf dem kurzen Weg Daten zu übertragen. Beachten Sie jedoch die Datenschutzeinstellungen für den Dateitransfer; dieser sollte verschlüsselt stattfinden.
• E-Mail: Dateien können auch per E-Mail schnell von A nach B verschickt werden, beispielsweise als Dateianhang oder per Link. Diese Methode gilt als relativ sicher, sofern die E-Mail verschlüsselt ist. Bei großen Dateianhängen ist es jedoch oft einfacher, sie über einen Dienst Ihrer Wahl hochzuladen und nur einen Link zum Download zu mailen. Das liegt unter anderem daran, dass Dateianhänge in E-Mails speziell codiert werden müssen und dadurch mehr Daten verbrauchen. Außerdem sind die meisten Mailserver und zugehörigen Postfächer nicht dafür gedacht, riesige Datenmengen hin und her zu schicken oder zu speichern.
• FTP-Server: FTP (File Transfer Protocol) ist ein Protokoll für die Datenübertragung zwischen mehreren Computern – unabhängig von einem bestimmten Betriebssystem. Es bezieht sich auf einen FTP-Server, der in das lokale Netzwerk eines Unternehmens integriert sein kann, oder der Zugang erfolgt über das Internet. Darüber können Sie auch umfangreiche Daten mit Kunden oder Dienstleistern austauschen.
• Lokale Datenübertragung (offline): Natürlich besteht nach wie vor die Möglichkeit, Daten zwischen Computern, Druckern, Netzwerkspeichern und mehr in einem lokalen Netzwerk einfach kabelgebunden offline zu übertragen. Diese Methode ist sehr sicher, einfach umzusetzen und leicht zu verwalten. Die Übertragungsgeschwindigkeit hängt von der eingesetzten Hardware oder der Ethernet-Verbindung (LAN) ab.