Geschichte und Entwicklung der digitalen Kommunikation

Vom Klingeldraht-Telefon zum super Highspeed Internetanschluss


Basis moderner Breitbandkommunikation

Wie bei allen xDSL Techniken, ist der Teilnehmer auch bei VDSL, über eine kabelbasierte Verbindung an das Telefonnetz angeschlossen. Zumindest ein Teil der Gesamtleitung. Hier bedient man sich verdrillter Zweidrahtkupferleitung (Standard Telefonleitung). Nur in Ausnahmen führt der Anschluss mit Glasfaserkabel direkt bis zum Haus oder Teilnehmer (FTTB, FTTH). Mit DSL und VDSL sieht man heute fern (IPTV), telefoniert oder sendet / empfängt Daten im Internet mit rasender Geschwindigkeit. Doch wie ist das möglich über eine derart simple Leitungstechnik, deren physikalischen Eigenschaften (Stichwort Leitungsdämpfung) eigentlich nur einen winzigen Bruchteil über wenige hundert Meter erlaubt? Und wie verlief die Entwicklung?

In den folgenden Abschnitten wollen wir interessierten Lesern einen fundierten Einblick in die Anfänge der Telefonie und der Geschichte der xDSL-Technik bis heute geben. Zunächst beleuchten wir die Entwicklung des Telefonnetzes, da es heute noch die Grundlage für ISDN, DSL und VDSL bildet. Dann zeigen wir die ersten Versuche, Daten über das Telefonnetz mit sehr geringer Datenrate zu übertragen. Nämlich über analoges DFÜ und ISDN. Schließlich führen wir unseren Exkurs auf ADSL bis hin zum heutigen Hochleistungsnetz VDSL.


Am Anfang stand das Telefonnetz

Das Telefon blickt mittlerweile auf eine über 130-jährige Geschichte zurück. Die primitiven Anfänge der Telefonpioniere "Alexander Graham Bell", "Thomas Alva Edison" und einigen anderen, münden gut 100 Jahre später in den Anfangszügen der Datenübertragung per Telefonnetz.

Altes Telefon mit Wählscheibe
In Deutschland gab es 1877 die ersten Versuche, Sprache über ein Kabel zu übertragen. Also im selben Jahr, in dem die ersten "Bell-Telefone" in Amerika vertrieben und die "Bell Telephone Company" gegründet wurde. Im Oktober nahm "Heinrich von Stephan" die erste 2 km lange Telefonverbindung in Betrieb. Rasch erfolgte der Ausbau zum ersten Ferntelefonnetz im Jahre 1881. Zusammen mit der Firma "Siemens & Halske", welche nun eigene Telefone produzierte, begann in Deutschland das Zeitalter der Telefonie.

Fast 100 Jahre lang änderte sich am Prinzip wenig. Auch die manuelle Vermittlung der Gespräche, sollte noch lange Grundlage des Systems bleiben. Erst im Jahre 1972 endete in Deutschland die Ära der Telefonvermittlung zugunsten eines vollautomatischen Vermittlungssystems endgültig. Seither gehörte praktisch zu jedem Haushalt ein Telefon. Weniger Glück hatten allerdings die Bewohner der damaligen DDR. In der Deutschen Demokratischen Republik war ein eigens Telefon, wie viele andere Sachen, keineswegs eine Selbstverständlichkeit. Sogar einige Jahre nach der Wende, mussten sich viele Bürger der neuen Bundesländer noch etwas gedulden.

Datenübertragung über das Telefonnetz

In den 1960er Jahren nahm die Computertechnologie langsam Formen an. Mit einher ging der Bedarf, Daten auch über die Ferne übertragen zu können, statt Magnetbänder oder Disketten per Post zu versenden.
Als Basis bot sich das mittlerweile fast überall verfügbare Telefonnetz an. Die Datenfernübertragung (DFÜ) über das Telefonnetz war geboren. 1960 wurde auch das erste Modem vorgestellt. Die Bitrate lag bei etwa 300 Bit/s. Also um die 37 Buchstaben pro Sekunde. "Modem" ist übrigens ein Kunstwort und steht abkürzend für "modulation" und "demodulation". In Deutschland führte die Deutsche Bundespost 1966 das erste Modem ein. Ein klobiger, 60 cm breiter Kasten mit einer Leistung von 1200 Bit/s.

DFÜ für ein breites Publikum

Anfang der 80er Jahre bahnten sich die Heimcomputer erstmals den Weg auf den Massenmarkt, ins Leben und die Herzen vieler Menschen. Der wohl legendärste unter ihnen: Der C64 von Commodore, wurde 1982 vorgestellt. Es folgten populäre Modelle von "Schneider“, "ATARI" und IBM. Ebenfalls ´82 tauchte Intels moderner 80286-Prozessor auf. Der kleine Bruder, der später folgenden 386-, 486- und 586- (Pentium)-Prozessoren. Günstige Homecomputer bildeten mit dem "Modem" die Grundlage für den Start in das digitale Kommunikationszeitalter privater Nutzer.

Die ersten kommerziellen Modems für den Massenmarkt waren noch reine Akustikkoppler. Der große Telefonhörer musste dabei mit den Gegenstücken des Kopplers verbunden werden. Es lag also keine direkte Verbindung zum Telefonnetz vor. Die Übertragung erfolgte am Akustikkoppler mittels Schallwandlung. Gerade einmal 100-300 baud (baud ~ 1 Symbol/s) waren damit möglich.

In dieser Zeit, noch weit vor dem Siegeszug des WWW (siehe untern), kam eine andere Formen der digitalen Kommunikation in Mode. Die sogenannte "Mailbox-Szene". Nicht Web-Natives, also allen die nach 1980 geboren wurden, dürfte dies kein Begriff mehr sein. Es ist auch nicht ganz leicht zu beschreiben. Man kann es sich vielleicht vorstellen, als frühe Form eines virtuellen Treffpunktes, wo Nutzer ein eigenes Postfach hatten. Zudem gab es zum Teil eine Art Forum, Chats und die Möglichkeit zum Austausch und Download von Dateien. Die Optik erinnerte an den guten alten Videotext. Später gab es auch grafisch aufbereitete Versionen. Betrieben wurden diese meist von Privatpersonen mit idealistischen und nichtkommerziellen Ambitionen. Aber auch Firmen und Fernsehsender folgte später dem Beispiel. Das weltweit größte Mailbox-Netz war das "Fidonet". In Deutschland waren bekannte Vertreter "Z-Net", CEUS und "Mausnet".

Ceus Mailbox - Übersichtsseite Ceus Mailbox - Kleinanzeigenrubrik Ceus Mailbox -  Downloadrubrik
3 Screenshots der CEUS-Mailbox | Klicken zum Vergrößern

Aus einigen der ersten Mailboxen erwuchsen sogar kommerzielle, bekannte Projekte. Der Gründer von GMX, Karsten Schramm, betrieb zunächst auch eine Mailbox. Das Team von "CEUS" konnte in der späten Phase sogar einige Mitarbeiter beschäftigen. Ihr zweites Projekt "StadtNet", hat vielleicht sogar maßgeblich dazu beigetragen, dass Chatten in Deutschland populär wurde. CEUS bot nach Angaben von Gründer Peter Braun, als erstes diesen Service an. Sogar Chat-Terminals in der Gastronomie gehörten zur Angebotspalette.

BTX – Datex-J

In ein ähnliches Horn, nur kommerziell und professionell, blies der Dienst Bildschirmtext "BTX". Dieser wurde 1983 von der Deutschen Bundespost als interaktiver Onlineservice eingeführt. Eine Art (besonders optisch gesehen) interaktiver Videotext. Man benötigte ein Modem, ein PC oder Fernseher und eine spezielle BTX-Hardware. Der Dienst war nicht kostenlos. Bezahlt wurde (zuzüglich zu den Telefonkosten) je Minute oder je besuchter Seite ein Betrag X. Erstmals konnten auch Firmen interaktive Services auf elektronischem Wege den Nutzern zugänglich machen. Erste Ausprägungen des Onlinebankings entstanden. Flüge konnten bei der Fluggesellschaft per BTC gebucht werden. Auch erste Onlineshopping-Angebote, etwa von Versandhäusern, traten bei BTX auf. Rundum eine nette Sache. Doch leider sehr kostspielig. BTX wurde später mit Datex-J (Datenübertragungsdienst für "jedermann") verbunden. Einer verbesserten Version, sogar mit E-Mailadresse(!), die später 1995 in den Dienst "T-Online" mündete. Der durchschlagende Erfolg blieb verwehrt, obgleich sich viele Nutzer für die neue Onlinewelt begeistern konnten. Mit dem Aufkeimen des Internets, war das Schicksal von BTX & Co. jedoch rasch besiegelt.

Das Internet erblickt die Welt

Das Jahr 1969 kann als Geburtsstunde des Internets angesehen werden. Allerdings noch lange nicht so, wie wir es heute kennen. Noch ist das Internet zu dem Zeitpunkt praktisch im Fötusalter und heißt ARPANET. Ein vom Militär und amerikanischen Universitäten entwickeltes Kommunikationsnetz zwischen einigen Unis. Die ersten Kommunikationsprotokolle Telnet und FTP werden 1971 entwickelt und der Begriff "Internet" taucht ´74 erstmals in den TCP-Spezifikationen (transmission control protocol) auf. Lange Zeit war das Internet jedoch primär Wissenschaftlern und dem Militär vorbehalten. Es gab auch noch keine grafische Benutzeroberfläche oder Browser. Das Netz wurde maßgeblich zur E-Mailkommunikation verwendet. Erst ca. 1993 wurde mit der Einführung des "World Wide Web" (WWW) das Internet einem breiten Laienpublikum zugänglich gemacht. Das WWW wurde übrigens 1989 im Europäischen Kernforschungslabor CERN entwickelt. Es stellt praktisch die Basis und Geburtsstunde des modernen, kommerziellen Internets für die Massen dar.

Technik hinter DFÜ per Modem

Nachdem wir nun die ersten Züge der digitalen Datenübertragung kennen gelernt haben, werfen wir jetzt noch einen Blick auf die Technik. Wie wurde es eigentlich angestellt, Daten über das Telefonnetz zu übertragen?

POTS
Im Zusammenhang mit dem alten Telefonnetz fällt häufig die Abkürzung POTS. Eine englische Abkürzung für "Plain old telephone service", was so viel heißt wie "guter alter Telefondienst". Beim POTS erfolgt die Übertragung menschlicher Sprache in einem Frequenzbereich von 300-3400 Hz. Und zwar im Full-Duplexbetrieb. Sprich es kann gleichzeitig "gesendet" und "empfangen" werden. Sonst könnte man sich beim telefonieren nicht ins Wort fallen. Telefonie wäre ansonsten ähnlich wie beim Amateurfunk. Entweder Sprechen, oder Empfangen.

Im engen Frequenzband liegt u.a. auch die Ursache der eher mäßigen Qualität, da das menschliche Ohr immerhin Töne von ca. 30-20000 Hz unterscheiden kann. Der Bereich von 300 Hz bis 3400 Hz wurde schließlich auch für DFÜ genutzt. Die effektiv zur Verfügung stehende Bandbreite beträgt also 3,1 Khz. Bandbreite ist im übrigen nur umgangssprachlich ein Maß für die Schnelligkeit eines Internetanschlusses. Gemeint ist hier die Breite des Nutzfrequenzbandes (3400 Hz minus 300 Hz).

Verfahren zur Datenübertragung
Die ersten Modems nutzten zur Datenübertragung im vorhandenen Frequenzband eine einfache Amplituden- oder Phasenmodulation. Bei ersterer wird z.B. zur Codierung eines "1" Bits eine "höhere" Welle aufmoduliert (>Amplitude) als bei einem "0" Bit. Die so erreichten Datenübertragungsraten lagen im Bereich von 1200 bit/s.

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Mircolink 56K-Modem von ELSA

Abbildung eines alten 56K-DFÜ-Modems
der Firma "ELSA" | Bild: vdsl-tarifvergleich.de

m Laufe der Zeit entwickelte man jedoch weit effektivere Modulationsverfahren, Kompressions-algorithmen, Fehlerkorrekturen etc. Die „International Telecommunication Union“ (ITU), die sich auch später bei den DSL- und VDSL-Techniken für die Empfehlung von Telekommunikations-standards verantwortlich zeichnet, hat im Laufe der Zeit etliche Standards entwickelt. Standards für die "Datenkommunikation über das Telefonnetz". Zusammengefasst unter dem "V"-Suffix. Bekannt sind dem ein oder anderem Ex-Modem-Nutzer sicher noch die Bezeichnungen "V.92" oder "V.32". Insgesamt gab es, angefangen von "V.1" bis "V.300" dutzende solcher Standardempfehlungen.

Während etwa V.22 noch Phasen-Shift-Modulation nutzte und Datenraten bis 1200 bit/s lieferte, erweiterte V.22bis den Standard um die QAM-Modulation. Die maximale Datenübertragungsrate verdoppelte sich in etwa. "V.27" bot, auch dank "half duplex mode", erstmals Werte bis 9600 bit/s. 1989 präsentierte die ITU den V32bis mit 8-stufiger Trellis-Codierung. Modems, die diesen Standard unterstützten, erreichten bis zu 14,4 kbit/s. Das war auch das erste Modem des Autors (schwelg) ...

altes 56K-Modem als PCI-Bus-Steckkarte

56K-Modems als Steckkarte für den PC
Bild: vdsl-tarifvergleich.de

1994 erlaubte "V.34" im bidirektionalen Betrieb nochmals die doppelte Leistung. 1998 folgten Modems, die 33,4 Kbit/s zu leisten in der Lage waren. Höhepunkt der Entwicklung, zumindest für den Privatkundenmarkt, waren "V.90" und "V.92". Unter Idealbedingungen waren 56 Kbit/s machbar. Daher rührt auch die damals weit verbreitete Bezeichnung "56K-Modem". „Ideal“ heißt übrigens in diesem Fall, dass der Analoganschluss des Nutzers mit einer digitalen Vermittlungsstelle verbunden war, was eher selten zutraf. Dann nämlich wurde das nutzbare Frequenzband von 3400 Hz auf 4000 Hz erweitert.

Unendlich steigern ließ sich die Datenübertragungsrate allerdings nicht. Physikalisch bedingt, liegt die maximale Datenübertragungsrate, beim oben genannten Frequenzband und üblicher Kabelleitungsqualität, bei etwa 30-40 Kbit/s. Terminiert durch die Kanalkapazität bzw. dem Shannon-Theorem.

ISDN – Zeit für mehr „Power“

Fast exakt 100 Jahre nach "Bell & Co.", kündigte sich 1979 die nächste Revolution im Telefonnetz an. Die Digitalisierung der Ortsvermittlungsstellen. Ebenfalls 1979 verabschiedete die ITU die Spezifikationen für ISDN. Diese Technik sollte schon bald das Telefonnetz in Deutschland stark prägen. 1987 folgten in Deutschland erste Pilotprojekte zum Praxiseinsatztest.

Zwei Jahre später ging ISDN in den Praxisdienst und wurde mit hohen Investitionskosten ausgebaut. Heute ist ISDN in Deutschland praktisch flächendeckend verfügbar, allerdings schon längst ein Auslaufmodell. Ursprünglich für Telefonie in hoher Qualität entwickelt, avancierte ISDN schnell zu einem DSL-Vorläufer mit damals rasanten Übertragungsraten. Ein einzelner Basiskanal bietet bei ISDN bis zu 64 Kbit/s. Durch Kaskadierung von maximal 6 Kanälen, waren Spitzenwerte von 384 Kbit/s machbar. Das entspricht in der Leistung heute der „DSL-Light“-Variante der Telekom. Sogenannte ISDN-Primärmultiplex-Anschlüsse im Geschäftsbereich kommen sogar auf Summenbitraten von 2 MBit/s. Also in etwa 1/3 des Niveaus von einem Einsteiger-DSL-Anschluss zur heutigen Zeit!

Gegenüber dem „alten“ DFÜ-Modem war mit ISDN auch die Einwahl ins Internet bzw. der Aufbau einer Datenverbindung wesentlich komfortabler. 1-2 Sekunden langten aus. Mit einem Modem musste man erst ca. 30 Sekunden die bekannten „wähl-kwitsch-knarsch-knäusch“-Geräusche über sich ergehen lassen.

Jede Ära hat ein Ende …
Nach vielen Jahren, in denen sich die modernen ISDN-Anschlüsse größter Beliebtheit erfreuten, nimmt die Zahl der Kunden wieder ab und dürfte gegen 2020 wohl gegen 0 gehen. Zugunsten besserer Alternativen versteht sich. Zum Beispiel Komplettpakete aus DSL- oder VDSL-Flatrate und Telefonflatrates für das Festnetz. Letztere werden heute meist via VOIP realisiert. Also digitale Telefonie über das Internet. Seit 2013 etwa, versucht auch die Telekom sich von der analogen Telefonie (und ISDN) langsam zu trennen. Neukunden erhalten seither nur noch All-IP-Komplettpakete. Möglichst ab 2016 sollen auch die alten Telefonanschlüsse verschwinden, sprich Bestandskunden auf IP-Telefonie umgestellt werden. Der Anfang vom Ende der Festnetztelefonie also. Einen Preisvergleich der Tarife finden Sie übrigens hier.

Besonderheiten
Wie oben schon angesprochen, erreicht ISDN 64 Kbit/s auf einen Basiskanal. Dazu muss man wissen, dass sich ein Basisanschluss (B) in 3 Kommunikationskanäle teilt mit insgesamt 144 Kbit/s. Zwei zu je 64 KBit/s (‚B‘ Kanäle) und ein Signalisierungskanal mit 16 Kbit/s (‚D‘ Kanal). -> 2B+D Zur Datenübertragung stehen jedoch nur die zwei B-Kanäle zur Verfügung, da der D-Kanal reine Steuerungsfunktionen besitzt. Wie auch bei analoger Telefonie, nutzt ISDN den Frequenzbereich von 300 Hz – 3400 Hz. Die höhere Sprachqualität wird erreicht, indem per PCM (Pulscode-Modulation) und einer Abtastrate von 8 kHz zu je 8 Bit digitalisiert wird.

Das Zeitalter des Breitbandinternets

Mit dem Aufkeimen des World Wide Webs und zunehmender Attraktivität für Privatanwender, stieg auch die Zahl der Möglichkeiten. Das Web wurde bunter, multimedialer und komplexer. Plötzlich konnten aufwendige Webseiten kreiert werden. Mit vielen Bildern, Bannern und interaktiven Features. Spätestens ab dem Jahr 2000, war dass Surfen im Web mit einem DFÜ-Modem eine Geduldsprobe. Zudem taten sich neue Begehrlichkeiten auf, wie die Übertragung von Videos oder LiveTV (bzw. WebTV). Kurzum: Der Bedarf an schnelleren Internetverbindungen stieg und stetig. Das sogenannte ADSL sollte die Lösung bringen.

DSL Vorgänger

Die Geschichte der digitalen Datenübertragung per DSL beginnt bereits einige Jahre vorher. Sie führt uns zurück bis in die 80´er Jahre zu ISDN. Denn damals verstand man unter „DSL“, also „Digital Subscriber Line“ noch die Technik zur Übertragung von Daten via ISDN. Erst später erlangte der Begriff die heutige Bedeutung.

In den 90´ern gab es zunächst die Vorläufer HDSL und SHDSL (G.991.2), die jedoch hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt seien. 1994 wurde das sogenannte „DSL-Forum“ (heute „Broadband forum“) gegründet. Ein Zusammenschluss von ca. 200 Unternehmen zu einem Konsortium mit dem Ziel, gemeinsame Standards für die ersten xDSL-Techniken zu erarbeiten. Die Gründung des Forums sollte eine wichtige Grundlage für die spätere, internationale Standardisierung aller xDSL-Techniken sein. Der Sitz des Forums liegt heute in Fermont, Kalifornien.

DSL für die Massen

Die Erschließung des Massenmarktes mit DSL begann um die Jahrtausendwende. Im Jahre 1999 (Juli) schaltete die Deutsche Telekom die ersten DSL-Anschlüsse (T-DSL) in Deutschland für den Endkundenmarkt. Damals ein noch recht teures (um die 100 Mark) und aus heutiger Sicht langsames Vergnügen. 768 kBit/s Downlinkrate und 128 kbit/s im Uplink, stellten damals allerdings schon eine kleine Revolution dar. Wenn man die Leistung eines DFÜ-Modems mit ca. 54 Kbit/s dagegen hält, sind 700 Kbit/s (0,7 MBit/s) ein wahrer Temporausch.

Rückseite eines DSL-Modems
Der Markt kam sicher auch aufgrund der recht hohen Preise zunächst etwas schleppend voran. Im Millenniumjahr 2000, zählte die Telekom gerade mal 600 TSD Kunden. 5 Jahre später sollten es schon mehr als 10x so viel sein, genauer gesagt rund 8 Millionen zahlender Breitbandkunden. 2008 nutzten ca. 20 Millionen einen (V)DSL-Anschluss. 2013 lag die Zahl nochmal 8 Mio. höher.

Übrigens: Ähnlich wie später bei VDSL, war auch DSL zunächst ausschließlich bei der Deutschen Telekom erhältlich. Erst im Jahre 2004 öffnete sich der Markt auch für Mitbewerber. Zunächst allerdings auch nur via Resale. Seitdem purzeln die Preise und steigen die Benutzerzahlen stetig.

Standards und Entwicklung bis heute


Entwicklung von ADSL bis VDSL auf dem Zeitstrahl


Der oben dargestellte Zeitstrahl gibt einen Überblick der DSL-Anfänge bis zum aktuellen VDSL2-Standard mit den jeweiligen „G.XXX“-Normen der ITU. Die Abkürzung steht für internationale Fernmeldeunion. Die ITU zeichnet sich u.a. für die Standardisierung der xDSL-Standards und beteiligter technischer Verfahren verantwortlich und wird uns im Verlauf dieses Artikels noch öfters begegnen.

Ausblick

Die Entwicklung geht natürlich weiter. Anschlüsse die heute als superschnell gelten (~100 MBit), werden Lesern spätestens 2020 als „lahme Enten“ erscheinen und ein Lächeln auf die Lippen zaubern. Der Trend, seit 2012/2013, geht einerseits hin zu noch leistungsfähigeren Kabelnetzen und Glasfaser-Internet (FTTH). Internetzugängen, wo die Kunden ausschließlich per Glasfaser angeschlossen sind, gelten als die Breitbandtechnologie des neuen Jahrtausends. 1000 MBit, 2000 MBit und noch darüber hinaus, sind zumindest technisch auf dieser Basis möglich. Bis es soweit ist, vergehen allerdings noch viele Jahre. Als Brücken-Verfahren wird VDSL weiter eine wichtige Rolle einnehmen, erstrecht in Verbindung mit Vectoring. Dieses Verfahren wird, unserer Prognose nach, den Breitbandausbau in Deutschland in den kommenden Jahren dominieren. Allerdings parallel zu weiteren Erfolgen beim Glasfaser-Ausbau.


Details zu ADSL und VDSL sowie der technischen Unterschiede, finden Sie hier in unserem xDSL-Technik-Spezial.


Bilder CEUS: mit Dank an Peter Braun von www.ceus-mailbox.de
Telefon Old: © James Steidl - Fotolia.com
DSL-Modem Rückseite: © Jean-Michel POUGET - Fotolia.com

Alle Angaben wurden nach bestem Wissen und Recherchen erstellt, verstehen sich aber ohne Gewähr auf Richtigkeit!
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