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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 per Telefonnetz angeschlossen. Zumindest ein Teil der Gesamtleitung! Hier bedient man sich verdrillter Zweidrahtkupferleitung (Standard Telefonleitung). Nur in Ausnahmen führt der Anschluss heute schon mit Glasfaserkabel direkt bis zum Haus oder Teilnehmer (FTTB, FTTH). Ein Großteil der Haushalte surft und telefoniert heute über DSL oder VDSL - einige sehen darüber sogar fern (IPTV). Doch wie ist das möglich über eine derart simple Leitungstechnik, deren physikalischen Eigenschaften eigentlich nur über wenige hundert Meter erlaubt? Stichwort Leitungsdämpfung! 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, welches heute noch die Grundlage für ISDN, DSL und VDSL bildet. Anschließend 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 140-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.
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. Auch wenn dieses, dank günstiger Smartphones-Flatrates, in vielen Haushalten bereits wieder auf dem Rückzug ist. 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.
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, vorgestellt 1982. 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 unten), 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".
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. Ein überaus teures Vergnügen. 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 war das Internet zu dem Zeitpunkt praktisch im Fötusalter und heißt ARPANET. Ein vom Militär und amerikanischen Universitäten entwickeltes Kommunikationsnetz zwischen diversen 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. Im Fokus des jungen Netzes stand die E-Mailkommunikation. 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 und wäre eher dem Amateurfunk ähnlich: 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.
Abbildung eines alten 56K-DFÜ-Modems
der Firma "ELSA" | Bild: vdsl-tarifvergleich.de
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) ...
56K-Modems als Steckkarte für den PC
Bild: vdsl-tarifvergleich.de
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. Bis in die 2000´der Jahre, war ISDN in Deutschland praktisch flächendeckend verfügbar. Mit der Verbreitung der IP-Technologie auch für die Telefonie (VOIP), verkam aber auch ISDN schnell zum Auslaufmodell. Im Zuge der All-IP Umstellung, dürften wahrscheinlich die letzten ISDN-Anschlüsse 2019 oder 2020 vom Netz gehen. ISDN wurde ursprünglich für Telefonie in hoher Qualität entwickelt und avancierte schnell zu einem DSL-Vorläufer mit damals "rasanten" Übertragungsraten. Ein einzelner Basiskanal bot bis zu 64 Kbit/s. Durch Kaskadierung (Bündelung) 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 kamen sogar auf Summenbitraten von 2 MBit/s. Also in etwa 1/8 des Niveaus von einem Einsteiger-DSL-Anschluss zur heutigen Zeit! Dafür waren solche Zugänge damals aber praktisch unbezahlbar.
Gegenüber dem „alten“ DFÜ-Modem, erfolgte 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, wie angedeutet, spätestens 2020 gegen Null gehen. Zugunsten besserer Alternativen versteht sich. Zum Beispiel Komplettpakete aus DSL- oder VDSL-Flatrate und Telefonflatrates für das Festnetz. Letztere werden heute 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. Auch die alten Telefonanschlüsse sollen verschwinden, sprich Bestandskunden auf IP-Telefonie umgestellt werden. Der Anfang vom Ende der Festnetztelefonie also. Einen Preisvergleich der Tarife finden Sie übrigens hier.
Besonderheiten bei ISDN:
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 allerdings schon eine kleine Revolution dar. Wenn man die Leistung eines DFÜ-Modems mit ca. 54 Kbit/s dagegenhält, sind 700 Kbit/s (0,7 MBit/s) ein wahrer Temporausch.
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 zum letzten VDSL-Release
Der oben dargestellte Zeitstrahl gibt einen Überblick der DSL-Anfänge bis zum aktuellen VDSL2-Standard mit den jeweiligen „G.XXX“-Normen der ITU. ITU steht für internationale Fernmeldeunion und zeichnet sich u.a. für die Standardisierung der xDSL-Standards und beteiligter technischer Verfahren verantwortlich.
2014: Vectoring zündete die nächste Stufe
In diesem Jahr wurde erstmals ein Verfahren namens Vectoring eingeführt, welches über bestehende Leitungen mit VDSL noch höhere Übertragungsraten ermöglicht. Allerdings blieb der, maßgeblich von der Telekom initiierte Vorstoß, nicht unumstritten. Denn die Umrüstung der Verteiler auf Vectoring hat einen entscheidenden Nachteil, welcher Wettbewerbshüter alarmierte. Es wurde sogar befürchtet, die Telekom plane mit Vectoring die Re-Monopolisierung durch die Hintertür. Ganze 3 Jahre dauerte der Zwist bis eine endgültige Lösung für alle Beteiligen gefunden wurde. Siehe auch hier.
2018: Supervectoring bringt nochmals ein Speed-Upgrade
Dank technischer Verbesserungen, kann das sogenannte Supervectoring bestehende Anschlüsse mit maximal 100 MBit/s nochmals beschleunigen. Genauer gesagt auf bis zu 250 MBit/s. Auch hier müssen bestehende Verteiler wieder umgerüstet werden (erfolgt seit April 2017). Verfügbar sind entsprechende Tarife seit Sommer 2018.
Ausblick
Die Entwicklung geht natürlich weiter. Anschlüsse die heute als superschnell gelten (~100 MBit), werden Lesern spätestens 2030 als „lahme Enten“ erscheinen und ein Lächeln auf die Lippen zaubern. Der Trend geht seit spätestens 2018 einerseits hin zu noch leistungsfähigeren Kabelnetzen und Glasfaser-Internet (FTTH). Bei Anschlüssen, wo die Kunden ausschließlich per Glasfaser angeschlossen sind, gelten als die Breitbandtechnologie des neuen Jahrtausends. Ende 2017 startete die Deutsche Telekom bereits ins Gigabitzeitalter und bietet seither Tarife mit bis zu 1000 MBit/s per FTTH. Bis 2030 will der Konzern alle Haushalte mit der Technik erschlossen haben.
Seit 2024 werden sogar erstmal Endkundentarife mit 2000 MBit (Deutsche Telekom) angeboten, wenn auch vorerst nur in ausgesuchten Regionen. Doch selbst Tarife mit Datenraten darüber hinaus sind zumindest technisch bei FTTH problemlos möglich. Bis hingegen ein nennenswerter Anteil der Bevölkerung in den Genuss derartiger Anschlüsse kommt, wird noch viel Zeit vergehen.
Als Brücken-Verfahren wird VDSL weiter eine wichtige Rolle einnehmen, erstrecht in Verbindung mit Vectoring. Dieses Verfahren wird (unserer Prognose nach) in Verbindung mit der Hybrid-Technik, den Breitbandausbau in Deutschland in den kommenden Jahren weiter 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.
Weiterführendes
» Speedtest durchführen - so schnell ist Ihr Anschluss jetzt» Kabel-Internet: die schnelle Alternative
» alles über Glasfaserinternet
» Wofür steht die Abkürzung "VDSL"?
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