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Ob synchron oder asynchron, der Anwender darf sich getrost die günstigste Art aussuchen:

Die Übertragungssicherheit ist kein Problem

21.08.1981

MÜNCHEN - Zum Streit wird es kaum kommen. Die asynchrone Datenübertragung, von den Großrechner-Herstellern gern als veraltet bezeichnet blüht allein wegen ihrer einfachen Technik und der damit verbundenen Anwendungsmöglichkeiten. Jede Art von Peripherie, meinen Stimmen aus dem Asynchron-Lager, lasse sich an die Rechner ohne Probleme anschließen Mittlerweile scheint auch das Problem der mangelnden Datensicherheit bei der Übertragung durch statistische Multiplexer gelöst. Die synchrone DÜ hat da ohnehin keine Probleme. Dank höherer Intelligenz garantiert sie auch bei größeren Übertragungsgeschwindigkeiten die notwendige Sicherheit.

Das Grundproblem der Datenübertragung liegt beim Empfänger sehr einfach ausgedrückt darin, zu wissen, wann eine Nachricht (in Form eines Zeichens oder einer Zeichenfolge) beginnt und wann sie endet. Den Beginn eines Zeichens erkennt der Empfänger bei der Asynchron-Übertragung im Start-/Stop-Betrieb am sogenannten Startbit: Das Signal, das der Empfänger permanent am Eingang hat wechselt aus der Ruhe- in die Arbeitslage.

Das nächste Bit, das nach einer bestimmten Zeit, die durch die Übertragungsgeschwindigkeit gegeben ist dem Startbit folgt, wertet der Empfänger als erstes Datenbit. Er ist jetzt aufgrund seiner Parametrierung so eingestellt, daß er so viel Bits, wie ein Zeichen lang ist und die dem Startbit folgen, als Nachricht akzeptiert.

Ruhesignal zwei Bit lang

Diese Bitfolge kann unterschiedlich lang sein: Im Telexbetrieb werden fünf Bit benutzt, bei der Datenübertragung insgesamt acht, wobei das achte ein sogenanntes Prüf- oder Paritätsbit sein kann. Das Paritätsbit hat dabei folgende Aufgabe: Ist die Anzahl der Bits in einem Code gerade, so wird das Paritätsbit auf 1 gesetzt, andernfalls auf 0. (Beispiel an einem 4-Bit-Code: 0000, Prüfbit 1; 0010, Prüfbit 0.)

Nach dem letzten Datenbit muß der Empfänger wiederum nach Vereinbarung mindestens ein bis zwei Bit lang das Ruhesignal bekommen, bevor er ein neues Startbit empfangen kann. Das Stopbit wird also durch den Leitungsruhezustand dargestellt. Ein Empfänger bei der Asynchron-Übertragung im Start-/Stop-Betrieb ist demnach nur für die Dauer eines einzigen Zeichens auf den Empfang von Daten synchronisiert.

Die Start-/Stop-Betriebsweise resultiert noch aus der Technik älterer elektromechanischer Geräte. Sie befanden sich mechanisch im Ruhezustand. Beim Erkennen eines Startbits machte irgendein Motor eine Umdrehung und stellte mit Segmentscheiben die Polarität eines Zeichens fest. Jeder Information müssen im Start-/ Stop-Betrieb demzufolge zwei Bits hinzugefügt werden, was auch zu einer Limitierung der Übertragungsgeschwindigkeit führt.

In der Anfangszeit konnte das Teletype beispielsweise nur zehn Zeichen pro Sekunde empfangen oder senden. Die vollelektronischen Geräte, die im Start-/Stop-Betrieb arbeiten, schaffen bis zu 9600 Bit pro Sekunde. Diese relativ hohe DÜ-Geschwindigkeit ist jedoch über Datenverbindungen im allgemeinen nicht machbar, weil man an das Dienstleistungsangebot der Bundespost gebunden ist. Die Post bietet Modems für den Start-/Stop-Betrieb nur bis 1200 Bit pro Sekunde an.

Diese Limitierung hat ihre Ursache auch in internationalen Empfehlungen wie CCITT-Richtlinien.

Auch das Modulationsverfahren spielt eine Rolle: Je schneller auf Leitungen übertragen werden soll, desto komplexer wird die Aufbereitung der digitalen Signale in analoge, um überhaupt über größere Entfernungen übertragen zu können.

Eine Geschwindigkeit von 9600 Bit pro Sekunde läßt sich also nur hausintern nutzen, wobei der Overhead allerdings die Effektivität mindert: Bei 8-Bit-Zeichen, die übertragen werden sollen, plus die zwei Bits für die Synchronisation ergibt sich immerhin ein Verlust von 20 Prozent pro Zeichen.

Sicherheit durch geringe Geschwindigkeit

Und noch etwas anderes kennzeichnet die asynchrone Übertragungsweise im Start-/Stop-Betrieb, da nicht nur die Spezifikationen auf der Hardware-Seite, sondern auch die Prozedur-Spezifikationen bedacht werden wollen. Beim Start-/Stop-Betrieb arbeiten die meisten Hersteller im sogenannten Teletype-Mode: Dieser prüft das empfangene Zeichen bestenfalls auf seine Parität.

Aufgrund dieser Prüfung wird lediglich "gut" oder "schlecht" festgestellt. Es gibt keine Rückwirkung auf den Sender, insbesondere existiert kein Fehleranalyse-Protokoll, das im Fehlerfall eine Wiederholung der Zeichen garantiert.

Die Übertragungssicherheit im Start-/Stop-Betrieb ergab sich zunächst einfach aus der "Langsamkeit" der Übertragung. Die Impulsbreite einer typischen Leitungsstörung lag nämlich unter der Impulsbreite eines zu übertragenden Bits. Bei höheren Übertragungsgeschwindigkeiten kann nun die Impulsdauer einer solchen typischen Störung in die Größenordnung der eines Bits fallen.

Demzufolge gibt es DÜ-Profis, insbesondere aus dem Großrechner-Bereich, die die asynchrone Übertragung im Start-/Stop-Betrieb schlicht für antiquiert erklären. Die Anwendbarkeit, so die Begründung, sei eben durch die Limitierung der Übertragungsgeschwindigkeit sowie mangelhafter Plausibilitäts- und Fehlerprüfungen eingeschränkt.

Der Preis (noch sind asynchron arbeitende Terminals billiger) soll nicht länger ein Argument für diese Art der Datenübertragung sein, hoffen die Verfechter der synchronen DÜ: Aufgrund der hochentwickelten IC-Technik würden Controller-Bausteine für die Synchrontechnik auch nicht mehr sehr viel Geld kosten. Der Kostenunterschied ergebe sich ohnehin meistens aus der bei der Synchronübertragung höheren Intelligenz auf Prozedurebene.

Widerspruch gegen diese Argumentation regt sich vor allem aus den Bereich der Anbieter kleiner und mittlerer Rechner. Beispielsweise geschehe die Steuerung von Kassenterminals, die aufgehen sollen, wenn der Rechnungsbetrag erscheint, über asynchrone Leitungen. Eine andere Lösung wäre viel zu aufwendig. Auch Peripherie, die "ein bißchen exotisch" ist, wie Lochstreifenleser oder -stanzer, läßt sich per Asynchron-Schnittstelle mit wenig Aufwand an den Rechner anschließen.

Während bei Großrechnern die synchrone Datenübertragung weitgehend realisiert ist, sei dies ein Luxus für kleine und mittlere Rechner. Von der Technik her stellt die asynchrone Schnittstelle die einfachste, von den Anwendungsmöglichkeiten die vielseitigste Alternative dar. Das Kostenverhältnis zwischen asynchroner und synchroner Schnittstelle liegt immer noch bei rund 1:5.

Schließlich sei, wie aus den Reihen der Asynchron-Befürworter zu hören ist, auch das Problem der Übertragungssicherheit gelöst. Statistische Multiplexer übernähmen jetzt diese Aufgabe.

Empfänger bleibt im Rahmen

Auch bei der synchronen Datenübertragung muß der Empfänger den Beginn einer Information exakt festlegen. Er reagiert jedoch nicht auf das erwähnte Startbit, sondern ist eingestellt auf eine Synchronisierungs-Zeichenfolge. Die ganze Übertragung wird unter Takt gesteuert: Die Endeinrichtung bekommt von der Übertragungseinrichtung das Zeitraster, in dem Bits gesendet oder empfangen werden.

Befindet sich eine Datenverbindung im Ruhezustand, so weiß der freilaufende Taktgeber der Empfangsseite nicht, zu welchem Zeitpunkt Bits ankommen. Mit der ersten Bit-Wechsel-Folge (Zeichen-Veränderung) muß sich demnach der Empfänger mit seinem Takt genau auf die Taktung des Senders einstellen. Dies ist die sogenannte "Bit-Synchronisierung". Mit dem ersten ankommenden Bit muß der Empfänger merken, in welcher Zeitlage er sich mit seinem Takt von dieser Bitflanke befindet.

Er muß jetzt seine Zeitlage so nachziehen, daß alle Flanken wieder zur gleichen Zeit mit dem Takt übereinstimmen. Wenn dies erreicht ist, wird der Empfänger auf eine bestimmte Bitfolge (Synchronisierungs-Zeichenfolge) eingestellt, so daß er sich im genauen Zeichenraster befindet. Ist dieses Zeichenraster gegeben, erkennt der Empfänger immer, entsprechend der Vereinbarung, ob es sich um ein 8-, 7- oder 6-Bit-Raster handelt, in diesem Rahmen ein Zeichen. Der Empfänger bleibt nun solange in diesem Raster, bis er ein Terminierungszeichen erkennt, das das Ende der Übertragung signalisiert. Der Empfänger verläßt dann diese Zeichensynchronisierung und sucht nach einer neuen Synchronisierungs-Zeichenfolge.

Damit besteht also die Möglichkeit, eine beliebige Anzahl Zeichen mit der reinen Länge des eigentlichen Zeichens zu übertragen. Insbesondere entfällt eine überflüssige Bitfolge, die nur der Synchronisierung der einzelnen Zeichen dient. Die Redundanz bezieht sich beim gesamten Block nur auf die zusätzlichen voranzustellenden Synchronisierungszeichen (in der Regel zwei, gelegentlich auch nur eins) sowie das Terminierungszeichen.

Gegenüber der asynchronen Übertragung ist die synchrone aufwendiger, weil hier die Modems mit einer entsprechenden Taktversorgung ausgerüstet sein und die Datenendeinrichtungen auf diese Takte hardwaremäßig angepaßt werden müssen. Die Taktversorgung geschieht in der Regel von einer Taktbaugruppe im Modem selbst, die ohnehin notwendig ist, da bei höheren Übertragungsgeschwindigkeiten nur taktgebundene Modulationsverfahren möglich sind.

Neben dem Fehlen des bei der asynchronen Übertragung auftretenden Overheads ist ein weiterer Vorzug der synchronen Datenübertragung, daß man den zu übertragenden Informationsblöcken eine höhere Intelligenz mitgeben kann. So läßt sich der Informationsfluß laufend auf Richtigkeit überwachen. Zum einen kann die Parität pro Zeichen geprüft werden, aber auch durch ein in das Ende des Blocks gesetztes Block-Paritätszeichen ist feststellbar, ob der gesamte Block korrekt übertragen wurde oder nicht.

Im Fehlerfall fordert der Empfänger die Wiederholung dieses Blockes vom Sender. Innerhalb der Übertragungsprozedur existiert zu diesem Zweck eine Vereinbarung, wie oft welche Wiederholungen zulässig sind, bevor das System eine Nachricht an den Operator ausgibt. Die Zahl der Wiederholungen, mitunter auch abhängig von den Anwenderprogrammen, liegt etwa zwischen drei und zehn.

Die im Synchronbetrieb möglichen Übertragungsgeschwindigkeiten hängen im wesentlichen auch wieder von den zur Verfügung stehenden Datenverbindungen ab. Hier existieren mehrere Klassen:

- in öffentlichen Netzen der Post wie das Datex-L- oder Fernsprechnetz sind Geschwindigkeiten bis 9600 Bit pro Sekunde möglich;

- Breitbandverbindungen mit entsprechenden Modems lassen bis 63 KBit pro Sekunde zu;

- Inhouse-Netze erreichen Übertragungsraten im Megabit-pro-Sekunde-Bereich.

Im Prinzip gibt es bei der synchronen Datenübertragung keine Einschränkungen in der Übertragungsgeschwindigkeit mehr.

Ob asynchron oder synchron, dem Anwender kann die Art der Datenübertragung egal sein - zumindest was die (Anwender-)Software betrifft. Auswirkungen bei der Programmierung gibt es in der Regel nur im Bereich der System-Software. Das Betriebssystem muß beispielsweise das sogenannte Error Recovery (Fehlerwiederherstellungs-Verfahren) bedienen.

Auch die Umsetzung einer manuellen Eingabe an einem synchron arbeitenden Bildschirm-Terminal fällt in diesen Bereich. Zunächst muß die Eingabe gesammelt werden, und erst nach dem Terminierungszeichen wird der gesamte Block übertragen. Um dies leisten zu können, muß die Firmware eines solchen Synchron-Terminals entsprechend aufwendiger sein als die eines asynchron arbeitenden. Auch ein Grund für die zur Zeit noch höheren Kosten der synchronen Datenübertragung.