Jede Übertragung hat einen Sender, der Daten in ein Signal umsetzt, ein Übertragungsmedium und einen Empfänger, der das Signal zurück in Daten wandelt. Medien sind Kupferleitung (elektrische Signale), Lichtwellenleiter (Licht), Funk (elektromagnetische Wellen) und Schall. Auf jedem Weg kann das Signal gestört werden, durch Rauschen oder Dämpfung. Digitale Daten sind Bitfolgen. Bei serieller Übertragung gehen die Bits nacheinander über eine Leitung, bei paralleler mehrere gleichzeitig über mehrere Leitungen. Seriell braucht weniger Leitungen und ist bei längeren Strecken üblich.

Beim Empfänger kommt nur eine Folge von Pegeln an. Er braucht Kennzeichen für Anfang und Ende. Bei der asynchronen seriellen Übertragung (UART, bei Mikrocontrollern meist als fertige Schnittstelle eingebaut) liegt die Leitung im Ruhezustand auf 1. Ein Startbit (0) kündigt ein Zeichen an, dann folgen meist 8 Datenbits (niedrigstes Bit zuerst), zum Schluss ein Stoppbit (1). Beide Seiten müssen dieselbe Baudrate eingestellt haben (Schritte je Sekunde, hier Bit je Sekunde): Das Startbit synchronisiert nur den Beginn jedes Zeichens.

Eine ganze Nachricht, ein Telegramm, wird ebenfalls eingerahmt: durch ein Startzeichen, ein Endzeichen und oft eine Prüfsumme (ein aus den Daten berechneter Wert, an dem der Empfänger Fehler erkennt). Kommt das Endzeichen auch in den Nutzdaten vor, verwendet man eine Längenangabe oder ersetzt das Zeichen durch eine Ersatzfolge.

Teilen sich mehrere Teilnehmer ein Medium, trägt jedes Telegramm die Adresse des Empfängers und oft die des Absenders. Jeder Teilnehmer wertet nur Telegramme mit seiner Adresse aus. Mit einem Byte als Adresse gibt es $2^8 = 256$ Adressen. Ein Mikrocontroller legt ein Telegramm in einem Array ab: einer nummerierten Reihe gleichartiger Werte, deren Index bei 0 beginnt.

Die Prüfsumme ist hier die Summe der Bytes mit Index 1 bis 3 modulo 256. Der Empfänger rechnet sie nach und erkennt so die meisten Übertragungsfehler.

Funk kann jeder im Empfangsbereich mithören, auch Telegramme mit fremder Adresse. Die Adresse schützt also nichts. Die Vertraulichkeit sichert die Verschlüsselung: Der Sender macht aus dem Klartext mit einem Schlüssel einen Geheimtext, der Empfänger macht ihn mit dem Schlüssel wieder lesbar. Bei der symmetrischen Verschlüsselung ist es derselbe Schlüssel in beiden Richtungen. Das Verfahren darf bekannt sein, geheim bleibt der Schlüssel. Schwäche: Der Schlüssel muss vorab sicher zu beiden Seiten gelangen. Im Einsatz sind geprüfte Verfahren wie AES (Schlüssel ab 128 Bit).

Zur Veranschaulichung dient XOR (Zeichen $\oplus$): Jedes Bit des Klartexts wird mit dem Bit des Schlüssels verknüpft, das Ergebnis ist 1, wenn beide Bits verschieden sind. Wendet man XOR mit demselben Schlüssel noch einmal an, kommt der Klartext zurück.

Ein Funkmodul überträgt die Bits nicht direkt, sondern über eine Trägerschwingung mit der Trägerfrequenz $f_\text{T}$. Sie ist hoch, damit die Antenne klein bleibt und mehrere Sender verschiedene Frequenzen nutzen können. Die Modulation verändert eine Eigenschaft des Trägers im Takt der Daten:

• ASK (Amplitudenumtastung): Die Amplitude wechselt zwischen zwei Werten, im einfachsten Fall Träger ein oder aus.
• FSK (Frequenzumtastung): Bit 0 und Bit 1 haben zwei verschiedene Frequenzen.
• PSK (Phasenumtastung): Das Bit ändert die Phase der Schwingung.

Der Empfänger demoduliert: Er gewinnt die Bits aus dem Träger zurück.

Zu einem Bit gehören mindestens einige ganze Schwingungen des Trägers, sonst lässt sich die Modulation nicht erkennen. Die Datenrate (Bit je Sekunde) liegt deshalb meist weit unter der Trägerfrequenz. Ein Signal belegt außerdem einen Frequenzbereich, die Bandbreite, die mit der Datenrate wächst. Je mehr Bandbreite das Medium bietet und je weniger Rauschen stört, desto höhere Datenraten sind möglich. Beispiel: Ein einfaches Funkmodul arbeitet bei etwa $f_\text{T} = 433\,\text{MHz}$ mit $4800\,\text{Bit/s}$. Auf ein Bit entfallen $433\,000\,000 : 4800 \approx 90\,000$ Schwingungen.

Leitung: Spannungs- oder Stromänderungen laufen als Signal durch das Kabel. Dämpfung und Störungen von außen begrenzen die Länge.
Funk: Eine Sendeantenne strahlt elektromagnetische Wellen ab. Sie breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit $c \approx 3 \cdot 10^8\,\text{m/s}$ aus, ihre Leistung nimmt mit der Entfernung stark ab, Wände dämpfen sie. Antennen sind oft eine Viertel Wellenlänge lang. Bei $433\,\text{MHz}$ ist $\lambda = c/f \approx 0{,}69\,\text{m}$, die Viertelwellenantenne also etwa 17 cm lang.
Lichtwellenleiter: Totalreflexion hält das Licht im Kern der Glasfaser. Die Dämpfung ist gering, und elektromagnetische Störungen wirken kaum.