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Die High-Speed-LANdschaft unter der Lupe

Schnelle Netze

Kaum hat sich FDDI am Markt etabliert, stehen uns mit den Fast Ethernet-Technologien, dem Fiber Channel und dem Asynchronen Transfer Modus (ATM) neue High-Speed-Technologien ins Haus. Wir werden uns für die Technik entscheiden, die uns entweder Kosten spart und/oder neue Funktionalitäten bringt, die wir sofort oder in Kürze benötigen. Zur Entscheidungshilfe beschreibt der folgende Beitrag die Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten der genannten Techniken.

Von Klaus Eppele

Jeder, der heute ein größeres Netzwerk zu betreuen hat, denkt über neue Netztechniken nach, die ihm Bandbreiten von 100 Mbit/s und mehr bieten. Netzwerke mit Übertragungskapazitäten von 10 oder 16 Mbit/s werden über kurz oder lang zumindest im Backbone zum Flaschenhals werden. Der Grund dafür ist klar: Zum einen sorgen moderne Netzkonzepte wie Client-Server-Computing für eine Erhöhung des Datenverkehrs, zum anderen produzieren mehr und leistungsfähigere Rechner mit größeren Speichern mehr Daten, die über das Netz zu übertragen sind. Weitherhin sind multimediale Anwendungen mit integrierten Bewegtbild- und Audiosequenzen auf dem PC keine Seltenheit mehr, und eine Sekunde unkomprimiertes Audio in HiFi-Qualität ergeben immerhin 176,40 KByte, eine Sekunde Komponentenfarbfernsehen nach CCIR.601 sogar 20,736 MByte.

Fast Ethernet - nur Fast das Richtige

Inzwischen mehr als 60, meist amerikanische Unternehmen haben sich zur Fast Ethernet Alliance (FEA) zusammengeschlossen, um das bewährte Ethernet leistungsfähiger zu machen. Ziel ist es, Ethernet zu einem High-Speed-LAN mit 100 Mbit/s Datenrate unter Nutzung von Twisted Pair Verkabelung weiterzuentwickeln.

Da bereits unterschiedliche Produktideen verschiedener Firmen existierten, konnte man sich nicht auf ein einheitliches Verfahren einigen, so daß der Projektgruppe 802 des IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engineers) nun zwei gänzlich unterschiedliche Verfahren zur Standardisierung vorliegen: das 100Base-T -Verfahren, das von der IEEE-Arbeitsgruppe 802.3u bearbeitet wird und das Demand-Priority- oder 100-VG-AnyLAN-Verfahren, das von der neugegründeten Arbeitsgruppe 802.12 standardisiert wird. Beide Verfahren können nun sehr schnell zu nationalen Standards erkoren werden, da es durch die Zweiteilung der Aktivitäten nun kaum mehr zu Meinungsverschiedenheiten bei den Abstimmungen kommt. Schließlich sitzen in jeder Arbeitsgruppe genau die Firmen, die zum Teil schon fertige Produkte haben und deshalb die jeweilige Normierung entsprechend forcieren.

Genaugenommen darf sich nur 100Base-T als Fast-Ethernet-Verfahren bezeichnen, weil nur hier wird das bisher bei Ethernet übliche Medienzugriffsverfahren CSMA/CD weiter verwendet. Analog der AUI-Schnittstelle, die die Unabhängigkeit des Interfaces vom verwendeten Medium (KOAX, Zweidraht oder Glasfaser) gewährleistete, definierte IEEE 802.3u ein Medium Independent Interface (MII), das ebenfalls verschiedene Verkabelungsarten ermöglicht, nämlich:

  • 100Base-TX für zweipaarige Kupferleitungen UTP Kategorie 5 oder STP Typ 1
  • 100Base-FX für zweiadrige Glasfaser (Standard-Gradientenfaser mit 62,5/125 um) und
  • 100Base-T4 für eine vierpaarige Kategorie 3, 4 oder 5 UTP-Verkabelung.

Ganz neu ist ein Verfahren der Firmen IBM und Brooktree in die Diskussion aufgenommen worden, das mit zwei Paaren UTP Kategorie 3 auskommen soll und unter unter der Bezeichnung 100Base-T2 firmiert.

Aufgrund der Flexibilität der physikalischen Ebene kann 100Base-T in jeder 10Base-T-Umgebung implementiert werden. Der Anwender kann seine bestehende Verkabelungsstruktur beibehalten. Noch mehr: alle 100Base-T-Techniken können aufgrund der Auto-Negotiation (auch NWay genannt) gemeinsam mit 10Base-T in einem Netz verwendet werden: Ähnlich wie bei 10Base-T erzeugen nämlich die 100Base-T-Adapter Testimpulse zur Überwachung einer Verbindung (sogenannte Fast Link Pulses - FLPs), die jeder Kommunikationspartner auswertet. In diesen Impulsen, die außerhalb der Datenblöcke übertragen werden und daher das übrige Netz nicht belasten, sind Informationen über die eigenen Fähigkeiten, also die mögliche Bitrate sowie Vollduplex- oder Halbduplex-Betrieb, verpackt. So können sich beide Partner auf die größtmögliche gemeinsame Übertragungsrate einstellen. Will ein 100Base-T-Adapter mit einem Partner kommunizieren, der nur über eine 10Base-T-Karte verfügt, so empfängt er statt der FLP-Impulse nur die normalen 10Base-T-Impulse und schaltet automatisch auf die langsamere Geschwindigkeit von 10 Mbit/s um.

Eine Migration zu 100Base-T ist somit leicht und auch recht preiswert durchzuführen. Man stattet einfach alle neuen und alle leistungsfähigen Rechner (486er, Pentium oder Power-PC mit Eisa- oder PCI-Bus), die in absehbarer Zeit hohe Bandbreiten benötigen, mit kombinierten 10/100 Mbit/s-Adaptern aus. Diese Adapter sind heute im Preis schon recht günstig, kosten etwa das 1,5-fache eines herkömmlichen 10 Mbit/s-Ethernet-Adapters und nutzen die gleiche Treibersoftware. Für langsamere Rechner mit ISA-Bus lohnt sich ein 100 Mbit/s-Adapter nicht. Diese Rechner werden entweder über gemeinsame Bussegmente oder bei höherem Bandbreitenbedarf über dedizierte Leitungen an 10/100-Mbit/s-Switching Hubs angeschlossen.

Bleibt noch die eine wichtige Frage zu klären, welche Netzausdehnungen sich mit 100Base-T realisieren lassen. Wie bei 10Base-T beträgt auch beim Fast Ethernet die maximale UTP-Kabellänge von einem Hub zu einem Endgerät 100 Meter. Mittels zwei Repeatern kann die UTP-Gesamtlänge auf 205 Meter erweitert werden (100 Meter vom Endgerät1 zum Repeater1 plus 5 Meter vom Repeater1 zum Repeater2 plus 100 Meter vom Repeater2 zum Endgerät2). Durch Kombination von Glasfaser- und UTP-Strecken mittels eines Repeaters lassen sich 325 Meter überbrücken (100 Meter UTP plus 225 Meter Glasfaser). Bereits 450 Meter erreicht man für eine MAC-zu-MAC-Verbindung (Switch zu Switch oder Switch zu Endgerät) bei Verwendung einer Halbduplex-100Base-FX-Glasfaser-Struktur. Diese kann durch eine Vollduplexversion auf 2 km ausgedehnt werden.

100 Mbit/s über Twisted Pair?

100Base-T soll eine Verzehnfachung der Ethernet-Übertragungsrate auf bestehender Verkabelung ermöglichen. Das geht nur, wenn die auftretenden Signalfrequenzen, und damit Kabeldämpfung und Übersprechen, klein gehalten werden können.

100Base-TX löst das Problem einfach dadurch, daß es sich der FDDI/CDDI-PMD-Spezifikation (Physical-Media-Dependent) des ANSI-Komitees X3T9.5 (American National Standards Institute Komitees) bedient und den MAC-Layer von Ethernet über einen Baustein X mit der Physik von FDDI/CDDI (MIC-Transceiver und PHY-Bausteine) kombiniert (Bild 2). Somit kann man auf der physikalischen Ebene auf CDDI-Mechanismen zurückgreifen und muß die Probleme mit den für Kupferkabel zu hohen Frequenzen nicht nochmals lösen.

Bild 2: Über einen Baustein X im ISO/OSI-Schichtenmodell wird eine Verbindung vom Ethernet-MAC-Layer zur FDDI/CDDI-Physik geschaffen.

Es wird also nicht weiter das von Ethernet bekannte Manchester-Verfahren zur Signalcodierung benutzt, bei dem pro Bit zwei Flankenwechsel erforderlich sind. FDDI verwendet eine 4B5B-Codierung, was bedeudet, daß jeweils 4 Bit der zu übertragenden Daten nach einer bestimmten Tabelle in 5-Bit-Symbole umcodiert und dann erst gesendet werden. Um effektive 100 Mbit/s erreichen zu können, muß deshalb die Geschwindigkeit auf der Leitung auf 125 Mbit/s erhöht werden. Zusammen mit einer NRZI-Codierung (Non Return to Zero Inverted) erzielt man eine Übertragungsfrequenz von 62,5 MHz. Bei CDDI, der Kupfer-Variante von FDDI, kann man durch eine MLT-3-Codierung (Multi-Level-Transmission - 3 Levels) die Schwerpunktfrequenz nochmals halbieren auf 31,25 MHz. Genau dieses Verfahren ist auch für 100Base-T vorgeschlagen.

Bild 3: Die Codierung macht´s. Die Grundfrequenz der aus der Signalform resultierenden Schwingung ändert sich mit der Codierung (Manchester, NRZI oder MLT-3).

100Base-T4 geht einen anderen Weg. Diese Technik benötigt eine vierpaarige Verkabelung zwischen den Kommunikationsteilnehmern. Jeweils drei Adernpaare werden zur Datenübertragung in Senderichtung durchgeschaltet. Das vierte Adernpaar dient der Kollisionsanzeige. 100Base-T4 kann deshalb entgegen 100-Base TX nur im Halbduplexbetrieb gefahren werden. Durch die Aufteilung der zu übertragenden Datenlast auf drei Adernpaare ergibt sich je Adernpaar eine Datenrate von 100/3 = 33,33 MHz. Weiterhin sorgt eine frequenzvermindernde 3-Level-Codierung (8B6T) dafür, daß jeweils ein Byte auf sechs ternäre Symbole abgebildet wird, so daß sich je Adernpaar ein Frequenz von 6/8 * 33,33 MHz = 25 MHz ergibt.

Bild 4: Die Architektur von 100Base-T.

Keine Priorität für Demand Priority

Zielsetzung für das Demand-Priority- oder 100VG-AnyLAN-Verfahren war, das schnelle Ethernet über Voice-Grade(VG)-Kabel, also über Telefonleitungen, zu realisieren. Da die Telefonverkabelung, zumindest in Amerika, in der Regel vier Adernpaare vorsieht, hat man ein Verfahren entwickelt, das 100 Mbit/s so auf 4 Adernpaare aufteilt, daß Telefonkabel, die mindestens der Kabelkategorie 3 entsprechen, genutzt werden können.

Mit 10Base-T hat Demand Priority jedoch nur das Frameformat, die strukturierte Verkabelung und die Steckerdefinition gemein. Das Ethernet-spezifische Zugriffsverfahren CSMA/CD wird nicht verwendet. Vielmehr signalisiert ein sendewilliges Endgerät einem Hub seinen Sendewunsch zusammen mit einer Prioritätskennung (niedrig oder hoch). Der Hub vergibt dann abhängig von der Prioritätsklasse das Senderecht mittels eines Round-Robin-Verfahrens reihum an die sendewilligen Endgeräte. Diese übertragen ihre Daten über alle vier Adernpaare an den Hub, der diese genau an den richtigen Empfänger weitergibt. Da die Vergabe der Senderechte beim Hub liegen, kann er durch Überwachung der hochprioren Sendewünsche zeitkritischen Anwendungen, wie interaktiven Video- oder Audio-Übertragungen, eine vorgegebene Bandbreite garantieren.

Bild 5: Bei Demand Priority hat der Hub das Sagen. Er vergibt das Senderecht an sendewillige Stationen. Die Sendedaten gibt er nicht an alle Stationen, sondern gezielt an den Empfänger weiter.

Da die achtadrige Verkabelung außerhalb Amerikas nicht üblich ist, hat man für die physikalische Ebene auch die Unterstützung von 2 Paaren STP, 2 Paaren UTP Kategorie 5 und Glasfaser vorgeschlagen. Es bleibt jedoch der Mangel, daß aufgrund des neuen Zugriffsverfahrens eine Migration aus vorhandenen CSMA/CD-Strukturen hin zu Demand Priority nicht einfach sein wird.

Bild 6: Verschiedene Verkabelungsmöglichkeiten werden mit Demand Priority möglich sein: Vierpaarige Kupferleitungen UTP Kategorie 3, zweipaarige Kupferleitungen UTP Kategorie 5, zweipaarige Kupferleitungen STP Typ 1 und zweiadrige Glasfaser.

Zusammenfassend die Meinung des Autors zu den IEEE802-100Mbit/s-Techniken:

1. Wenn Fast Ethernet eingesetzt werden soll, sollte die Wahl aufgrund der leichteren Migrierbarkeit auf 100Base-T fallen.

2. Das Beispiel in Bild 1 zeigt zwar, daß ohne weiteres ganze Gebäude mit 100Base-T ausgestattet werden können, trotzdem sind die Fast Ethernet Techniken in erster Linie eine Anschlußtechnik für Endgeräte. Im Backbone haben sie nichts zu suchen.

3. Die Bandbreite von Fast Ethernet ist auf 100 Mbit/s beschränkt. Was wir heute jedoch brauchen, sind Techniken, die skalierbar und nach oben hin offen sind. 100 Mbit/s werden in wenigen Jahren auch nicht mehr ausreichen.

4. Für kleinere Übergangslösungen, beispielsweise leistungsfähige Verbindung einer 10Base-T-verkabelten Workgroup mit einem 100Base-T-Server, ist Fast Ethernet eine schöne Alternative, die schnell und preiswert realisierbar ist.

Wer fiebert nach Fibre Channel?

Im Schatten von Fast Ethernet und ATM hat sich still und heimlich eine neue Technologie zur Reife weiter entwickelt. Gemeint ist Fibre Channel, eine Technik, die seit Anfang 1994 als ANSI-Standard X3T11 normiert ist und die hier der Vollständigkeit halber mit aufgeführt wird.

Der Name Fibre Channel ist ein wenig irreführend, denn Fibre Channel ist durchaus auch auf Twisted Pair Leitungen zu realisieren. Eine Reihe von Produkten sind bereits am Markt erhältlich, die per Fibre Channel hohe Datenmengen mit geringen Verzögerungsraten und extrem niedriger Fehlerrate über unterschiedliche Medien übertragen können. Je nach vorhandener Verkabelung sind Entfernungen von 25 m bis zu 10 km möglich. Außerdem kann man beliebige Netztopologien realisieren - angefangen von einer Baum- über eine Ring- oder Sternstruktur bis hin zur vollständigen Vermaschung.

Trotz dieser Highlights ist Fibre Channel keine Netztechnik, die unsere Netzwelt revolutionieren und existierende LAN-Techniken ersetzen wird. Fibre Channel ist nur eine sinnvolle Ergänzung unserer LANdschaft wenn es um die Installation von leistungsfähigen Rechner-zu-Rechner-Kopplungen im lokalen Bereich geht.

Bild 7: Eine recht flexible Sache. Fibre Channel bietet je nach Verkabelung Bandbreiten von 100 bis 800 Mbit/s bei Entfernungen von 25 m bis 10 km.

ATM - Alle Trommeln Mit

ATM ist gar keine so junge Technik, wie manch einer glauben mag. Die ersten Veröffentlichungen zu ATM und den zugehörigen Techniken erschienen bereits 1983. Allerdings wird ATM erst seit der Gründung des ATM-Forums im November 1991 für den Einsatz in privaten Netzen forciert. Die bereits über 700 Mitglieder des ATM-Forums haben sich die Aufgabe gegeben, die technischen Interessen der LAN-Industrie zu formulieren, um mit entsprechenden  Vorschlägen die Aktivitäten der zuständigen Normierungsgremien zu beschleunigen.

Die rasante Zunahme der Anzahl der ATM-Forums-Mitglieder hat seinen Grund. Allein ATM verspricht uns aufgrund

seiner Leistungsfähigkeit,

  • der Skalierbarkeit bezüglich Bandbreite und Ausdehnung,
  • seiner Integrationsfähigkeit in bestehende Netze und
  • der bisher nicht dagewesenen Möglichkeit sowohl LANs und WANs als auch Sprach- und Datennetze mit nur einer Technologie zu verbinden

mit allen Netzanforderungen der Zukunft fertig zu werden.

Die Vorteile von ATM

Moderne Netze fordern zwei Eigenschaften, die uns ATM bietet: Zeittransparenz und Skalierbarkeit.

Zeittransparenz ist definiert als die tolerierbare Verzögerung (delay) bzw. die Varianz der Verzögerung (delay jitter) bei der Datenübertragung. Insbesondere multimediale Anwendungen bedürfen einer kontinuierlichen und nahezu verzögerungsfreien Datenübertragung, damit es bei der Audio- oder Videowiedergabe nicht zu Störungen und Aussetzern kommt. ATM-Netze arbeiten zeittransparent, da sie hohe Bandbreiten unterstützen und die Daten in kurzen, gleichlangen Zellen verschicken, wodurch Durchlaufzeiten durch das Netzwerk klein und konstant gehalten werden können.

Bild 8: Moderne Netze erfordern eine zeittransparente Datenübertragung sowie skalierbare Übertragungskanäle und Bandbreiten.

Skalierbare Netze können den Applikationen genau die Datenübertragungsleistung anbieten, die sie gerade benötigen. In ATM-Netzen kann man einen Übertragungskanal bestimmter Bandbreite und Dienstqualität anfordern. Wird daraufhin eine Verbindung aufgebaut, kann man den Übertragungskanal alleine nutzen, ohne von anderen sendewilligen Stationen gestört oder gar unterbrochen zu werden. Auch diese ATM-Eigenschaft ist wesentliche Voraussetzung dafür, einen kontinuierlichen Datenfluß garantieren zu können.

Skalierbarkeit erhält mit ATM noch zwei weitere Dimensionen:

  • Erstmals in der Kommunikationsgeschichte kann man eine Technik für LAN und WAN einsetzen und Sprache (z.B. Telefonie) mit Datenverkehr auf einem Netz vereinen. Dies spart Kosten und sichert die Investitionen in ATM. Die Kostenersparnis resultiert aus der technischen Vereinigung von LAN und WAN sowie von Sprach- und Datennetzen. Hierdurch wird zum einen das Netzwerkmanagement erheblich einfacher und effizienter und die benötigten Stückzahlen an ATM-Komponenten erhöhen sich; beides hat eine positive Wirkung auf den Preis. Die Investionssicherheit ist Folge dessen, daß jede ATM-Nachfolgetechnologie kaum Chancen haben wird, wenn erst einmal der WAN-Bereich aufwendig mit ATM-Technik ausgestattet wurde.
  • Mit ATM kann man erstmals Backbones beliebiger Bandbreite aufbauen. Denn die physikalische Schicht des ATM-Referenzmodells erlaubt eine Vielzahl von Anschlußarten mit unterschiedlichen Übertragungsraten. Benötigt ein vorhandenes ATM-Backbone mehr Bandbreite, kann man weitere ATM-Strecken parallel dazuschalten oder auf eine schnellere Übertragungsrate der synchronen digitalen Hierarchie (SDH) ausweichen (heute bis 622 Mbit/s je Anschluß). Damit ist klar: Die Nachfolgetechnologie von ATM kann wieder ATM sein !

Bild 9: Einer der Gründe für die Flexibilität von ATM: Es stehen viele standardisierte Schnittstellen und Übertragungsvarianten für unterschiedliche Verkabelungsarten zur Verfügung.

Die Aufgabe des Netzwerkplaners ist es, einen Migrationsweg zu ATM zu finden, der die Vorteile von ATM bewahrt. Verschiedene Migrationswege sind möglich:

1. Brücken und Router mit ATM-Schnittstellen

Man kann ATM schnell und preiswert in ein bestehendes Netzwerk integrieren, wenn sich vorhandene Brücken oder Router um ATM-Schnittstellen erweitern lassen. ATM wird in diesem Fall zur breitbandigen Kopplung verschiedener LANs und somit als Leitungsersatz genutzt. Die wesentlichen Vorteile der ATM-Technologie - Skalierbarkeit bzw. Zeittransparenz - gehen mit dieser Migrationsmethode verloren, da Brücken und Router üblicherweise als "store and forward"-Systeme agieren: Empfangene Datenpakete werden vollständig im systeminternen Speicher zwischengelagert und anschließend per Software analysiert. Erst dann werden die Datenpakete in ATM-Zellen verpackt und auf die ATM-Strecke ausgegeben. Die Verweildauer der Datenpakete in der Brücke bzw. dem Router ist von der Länge des Datenpaketes abhängig und deshalb nicht konstant, nicht berechenbar und für künftige multimediale Anwendungen viel zu groß.

2. ATM bis zum Arbeitsplatz

ATM-Funktionalität ohne Kompromisse erhält man, indem man alle Endgeräte mit ATM-Adaptern ausstattet und sämtliche Hubs, Bridges, Router etc. gegen ATM-Switches austauscht.

Viele Netzverantwortliche kennen heute nur diesen "Migrationsweg" zu ATM. Sie schrecken vor einer Investition in die ATM-Technologie zurück, weil sie die installierte Netzinfrastruktur nicht einfach von heute auf morgen gegen eine neue Technologie austauschen können und weil die Kosten für die ATM-Endgeräteadapter heute noch relativ hoch sind.

Für reine ATM-Netzwerke entscheidet man sich heute nur, wenn man ein komplett neues Netzwerk installiert und aufgrund der Anforderungen an Bandbreite und Erweiterbarkeit der Übertragungskapazitäten und der geplanten, meist multimedialen Anwendungen uneingeschränkte ATM-Funktionalität benötigt. Die meisten der reinen ATM-Installationen entstehen derzeit in Forschungseinrichtungen sowie in Großfirmen und großen Institutionen. Dort werden oft eigenständige ATM-Inseln aufgebaut, um frühzeitig ATM-Erfahrungen zu sammeln und Erkenntnisse aus dieser neuen Technologie zu gewinnen.

3. ATM-Qualität für konventionelle Netze

ATM-Qualität für alle Endgeräte kann man kostengünstig erzielen, wenn man ATM zunächst nur im Backbone installiert und vorhandene Endgeräte via zellorientierten Kopplungssystemen (Cell Oriented Systems - COSY) an das ATM-Backbone anbindet. Die Netzadapter und die Netzsoftware in den Endgeräten muß man dabei nicht austauschen wenn man dafür sorgt, daß ein Wechsel vom "shared medium" zum "switched medium" stattfindet und man alle Endgeräte über eigene, dedizierte Leitungen an die Kopplungssysteme anschließt. Exklusive 10 Mbit/s oder 16 Mbit/s Übertragungsleistung reichen heute fast allen Applikationen aus, auch wenn Sprache oder Videodaten übertragen werden sollen. Dies wird auch in Zukunft so sein, da steigende Qualitätsansprüche durch bessere Kompressionsverfahren ausgeglichen werden können. ATM-Adapter spendiert man derzeit nur den Endgeräten, denen die vorhandene Bandbreite nicht mehr ausreicht, wie zentralen Videoservern.

Paketorientiert oder Zellorientiert ?

Der letztgenannte Migrationsweg unterscheidet sich vom ersten nur dadurch, daß paketorientierte Brücken und Router von zellorientierten Switches abgelöst werden. Da man hierbei die Endgeräteadapter nicht tauschen muß, kann man bereits heute ATM-Installationen zum Preis konventioneller Techniken realisieren. Die Kaufpreise für kombinierte ATM-Frame-/Cell-Switches entsprechen den Preisen für Routersysteme vergleichbarer Leistung. Was die ATM-Technologie heute noch teuer macht sind die ATM-Endgeräteadapter, die noch bei 2.500 DM je Adapter liegen.

Bei Neuinstallationen entscheidet man sich deshalb immer häufiger für zellorienterte Switches. Aber auch in bestehenden Netzwerken werden die paketorientierten Brücken und Router nach und nach den zellorientierten Switches weichen müssen, wenn Zeittransparenz gefordert wird.

Um die Problematik nochmals zu verdeutlichen: Die Verzögerungszeit von paketorientierten Systemen liegt um bis zu zwei Zehnerpotenzen höher als bei zellorientierten Systemen.

Man kann beispielsweise leicht errechnen, daß Brücken oder Router bei einer Übertragungsrate von 10 Mbit/s 1.210 us benötigen, um ein Ethernetpaket maximaler Länge zu empfangen (1.512 Bytes mal 8 / 10 Mbit/s = 1.210 us). Nimmt man die Bearbeitungszeit für Adressanalyse, Filtering und Kopierfunktionen mit weiteren 80 us an, so ergibt sich eine Gesamtverzögerungszeit im System von etwa 1,3 Millisekunden.

Bild 11: Die Verzögerungszeiten von Brücken und Routern sind wesentlich größer als die von zellorienterten Switches.

Ein zellorienterter Switch beginnt bereits viel früher mit dem Aussenden der ersten Informationen. Die Aufsammelzeit wird hier mit etwa 10 us angenommen, da nur das Einlaufen der Zieladresse abgewartet werden muß, bevor auf einer existierenden Verbindung die erste Zelle ausgesendet werden kann. Auch die Zeit für die interne Bearbeitung fällt mit 40 us geringer aus als beim paketorientierten System, da aufgrund der kleinen, gleichgroßen Zellen das Routing per Hardware erfolgt. Es ergibt sich somit eine Verzögerung von etwa 50 us, also ein Wert der für dieses Beispiel um den Faktor 25 geringer ausfällt als beim paketorientierten System.

Ein Nachteil des zellorientierten Verfahrens ist, daß fehlerhafte Pakete nicht mehr durch einen CRC (Cyclic Redundancy Check) ausgefiltert werden können. Dies ist nicht weiter schlimm, da zum einen unsere LANs heute derart zuverlässig arbeiten, daß Datenverfälschungen selten auftreten und zum anderen eine Fehlererkennung nach wie vor in den Endgeräten stattfindet.

Die Netzstruktur

Optimale Voraussetzungen für eine Migration zu ATM findet man vor, wenn das bestehende Netzwerk bereits gemäß dem ISO International Standard IS 11801 strukturiert wurde.

Bild 12: Eine strukturierte Verkabelung nach IS 11801 ist die beste Voraussetzung für eine kostengünstige Migration zu ATM.

Man braucht nur die Stockwerkhubs gegen zellorientierte Frame-/Zell-Switches austauschen. Die Verkabelung zu den Endgeräten kann bleiben. Glasfaser bis zum Endgerät wird auch mit ATM nicht zwingend erforderlich, denn zum einen reichen auch künftig dedizierte 10/16 Mbit/s zum Endgerät für die meisten Applikationen aus und zum anderen kann man ATM-Verkehr schon mit 155 Mbit/s über Twisted Pair Kategorie 5 übertragen.

Wichtig ist nur, daß man sich für Switches entscheidet, die später einen Austausch der Ethernet- bzw. Token-Ring-Schnittstellen gegen ATM-Technologie erlauben, so daß man zu gegebener Zeit, wenn ATM-Adapter für die Endgeräte preiswerter zu haben sind, sukzessive weitere Endgeräte direkt über ATM an das bereits bestehende ATM-Backbone anbinden kann.

Da die wenigsten Netzwerkverantwortlichen auf eine durchgehende strukturierte Verkabelung zurückgreifen können wird man in vielen Fällen folgendes Übergangsszenario vorfinden:

Bild 13: Übergangsszenario bei der Migration zu ATM. Rechner, die mit existierenden Übertragungsraten auskommen, werden mit ihrem gesamten Netzsegment an das ATM-Backbone angeschlossen. Leistungsfähige Rechner mit anspruchsvolleren Anwendungen erhalten einen dedizierten Anschluß an den zellorientierten Switch. Nur die Rechner, die heute schon größere Bandbreiten zu bearbeiten haben, erhalten einen eigenen ATM-Anschluß.

Einige Endgeräte, die zeittransparente Datenübertragung benötigen, aber weiterhin mit 10/16 Mbit/s auskommen, schließt man über dedizierte Leitungen an die ATM-Switches an. Einzelne Server, die hohe Bandbreiten benötigen, integriert man mittels ATM-Adaptern direkt in das ATM-Netz. Weitere Rechner, die noch über Koaxialkabel oder Hubs zu einem "shared medium" vereint sind, verbindet man als komplette Einheit mit dem ATM-Backbone. Diese Systeme können ATM nur als breitbandiges Übertragungsmedium nutzen. Die genannten Vorteile von ATM stehen für diese Systeme trotz zellorientiertem Switching nicht zur Verfügung.

Grund dafür ist, daß beispielsweise beim "shared" Ethernet das gesamte Übertragungsmedium immer genau einer sendewilligen Station zugeordnet wird; die anderen Stationen müssen warten. Die Zugriffszeit auf das Ethernet ist nicht berechenbar. Auch kann in einem "shared" Ethernet kein kontiniuerlicher Datenstrom gewährleistet werden, da zum einen Datenpakete durch Kollisionen zerstört werden können und wiederholt werden müssen und zum anderen nach dem Aussenden eines jeden Datenpaketes der Bus einem anderen Teilnehmer zugeordnet werden kann. Außerdem hängt beim Ethernet die durchschittlich zur Verfügung stehende Bandbreite von der Anzahl der an das "shared medium" angeschlossenen Benutzer ab. Wenn beispielsweise 10 Benutzer das Ethernet gleichzeitig nutzen möchten, dann erhält jeder im Durchschnitt nur noch 1 Mbit/s an Bandbreite.

ATM in öffentlichen Netzen

ATM kann man auch schon im Weitverkehr einsetzen. Die Telekom wird in Kürze 14 Zugangsknoten zu Ihrem B-ISDN-Netzwerk bieten.

Leider erlaubt die Höhe der derzeit gültigen Tarife nur Großfirmen, an der ATM-WAN-Kommunikation teilzuhaben. Jedoch wird sich diese Situation schnell ändern, wenn das Übertragungsmonopol der Telekom gelockert wird und private Anbieter als Mitbewerber zur Telekom auftreten.

Fazit

Die Unterstützung hoher Bandbreiten, die Skalierbarkeit der Netze und die Unterstützung zeitkritischer Anwendungen wie Video- und Tonübertragungen machen ATM zur interessantesten Netzwerktechnologie unserer Zeit. Preiswerte Migrationswege existieren in Form von ATM-Switches, die konventionelle Techniken in ATM integrierbar machen und die Vorteile von ATM für herkömmliche Endgeräte bereitstellen. Die Voraussetzungen für eine rasche Migration hin zu ATM sind somit für den LAN-Bereich gegeben. Außerdem kann eine mit ATM mögliche Dienstintegration, beispielsweise die Vereinigung von Sprach- und Datennetzen, die neue Technik schnell bezahlt machen. Aufgrund der noch kargen Infrastruktur und der hohen Tarife wird eine breite Akzeptanz für ATM im WAN erst um die Jahrtausendwende erwartet.

Glossar

  • ANSI  American National Standards Institute
  • ATM  Asynchronous Transfe Mode
  • AUI   Attachment Unit Interface
  • B-ISDN  Broadband Integrated Services Digital Network
  • CDDI  Copper Distributed Data Interface
  • CLS  Connectionless Server
  • COSY  Cell Oriented System
  • CRC  Cyclic Redundancy Check
  • CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection
  • FC  Fibre Channel
  • FDDI  Fiber Distributed Data Interface
  • FEA  Fast Ethernet Alliance
  • FLP  Fast Link Pulse
  • IEEE  Institute for Electrical and Electronic Engineers
  • IS  International Standard
  • ISO/OSI International Standards Organisation / Open Systems Interconnection
  • IWU  Interworking Unit
  • LAN  Local Area Network
  • MAC  Media Access Control
  • MIC  Media Interface Connector
  • MII  Media Independent Interface
  • MLT-3  Multi Level Transmission - 3 Levels
  • MMF  Multimode Fiber
  • NRZI  Non Return to Zero Inverted
  • PMD  Physical Media Dependent
  • RU  Remote Unit
  • SDH  Sychronous Digital Hierarchy
  • SMF  Singlemode Fiber
  • STS  Synchronous Transport Signal
  • TAXI  Transparent Asynchronous Receive/Transmit Interface
  • UNI  User Network Interface
  • UTP  Unshielded Twisted Pair
  • VG  Voice Grade
  • WAN  Wide Area Network

 

Autor

Der Autor Dipl. Inform. Klaus Eppele ist Inhaber der Firma improve marketing-training-consulting, Karlsruhe, www.improve-mtc.de.

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Erschienen in Computerwoche Focus 03/95, Seiten 8 - 14, 45