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16.08.1996 - 

WAN-Übertragungstechnik/Multiplexing erlaubt hohen Datendurchsatz auf E1-Basis

ATM ist auch bei geringen Transferraten sinnvoll

Historisch betrachtet hat ATM seinen Ursprung in der "Cell-Switching"-Technik, die Mitte der 80er Jahre von Stratacom in Kalifornien entwickelt wurde. Sie sollte zunächst vor allem einer verbesserten Sprachübertragung dienen. Mittlerweile umfaßt der Anwendungsbereich von ATM alle Formen von Sprach-, Video- und Datenanwendungen, X.25-, SNA- und LAN-Vernetzungen eingeschlossen. Bei ATM handelt es sich um ein Protokoll mit einer ausgesprochen guten Ausnutzung der Bandbreite, so daß eine Senkung der Kosten im Bereich der Datenfernübertragung durchaus möglich ist.

Für den Aufbau von Fernverbindungen erfordert das Übertragungsverfahren eine funktionierende digitale Infrastruktur in den öffentlichen Netzen. Insbesondere Firmen mit privaten Netzen, die gerade ihre Infrastruktur ausbauen, können von den Vorteilen der ATM-Technologie profitieren.

ATM muß nicht immer High-speed sein

Zwar erfordert das Verfahren eine digitale Infrastruktur. Das bedeutet aber nicht zwangsläufig, daß sich ATM nur für Hochgeschwindigkeitsverbindungen mit STM-1 (155 Mbit/s) und darüber eignet. Tatsächlich funktioniert ATM ebensogut bei Geschwindigkeiten der Größenordnung E3 (34 Mbit/s), E1 (2 Mbit/s) oder n x 64 Kbit/s.

Eine weit verbreitete Legende ist, daß sich ATM auf den lokalen Bereich konzentriert. Diese Vorstellung basiert ebenfalls auf der Annahme, ATM sei ausschließlich für Hochgeschwindigkeits-Übertragungen geeignet.

In Wirklichkeit wird ATM in Fernübertragungsnetzen auf der ganzen Welt und dort zuneh- mend sowohl in öffentlichen als auch in privaten Umgebungen verwendet.

Auch die Aussage, daß ATM-Fernübertragungsnetze nur dann voll eingesetzt werden können, wenn ein öffentliches ATM-Angebot vorhanden ist, gehört ins Reich der Fabeln. Während sich in den USA und in Westeuropa die ersten öffentlichen ATM-Dienstleistungen noch in der Testphase befinden, werden weltweit bereits mehr als 500 ATM-Unternehmensnetze betrieben. Ein letztes Märchen ist die Behauptung, ATM sei sehr teuer. Die Investitionskosten für ATM-Produkte bewegen sich zwar in einer höheren Preiskategorie, doch in der Unterhaltung liegen ATM-Netze durch ihre hohe Bandbreite bei der Datenfernübertragung und somit niedrigere Betriebskosten unter den Preisen der Konkurrenz.

In der Praxis übernimmt ATM schließlich zwei wichtige Funktionen. Zunächst schafft das Verfahren eine Schnittstelle, an die Geräte wie ATM-Router und Vermittlungseinheiten angeschlossen werden. Typisch und heute wesentlich wichtiger ist die zweite Funktion, die Bereitstellung einer Infrastruktur zur Übertragung verschiedener Datentypen, von Sprache über Daten bis hin zu Videosignalen. Das heißt, daß bereits vorhandene Geräte wie Router, X.25-Switches und Datenmultiplexer in Verbindung mit der ATM-Infrastruktur eine Leistungssteigerung erreichen, ohne daß die bereits getätigten Investitionen verlorengehen.

Obwohl es sich bei ATM um eine verhältnismäßig neue Technologie handelt, ist die Standardisierung der Systeme bereits sehr weit fortgeschritten. Geräte verschiedener Anbieter lassen sich in aller Regel problemlos miteinander kombinieren, ohne daß die Zuverlässigkeit der Funktion darunter leidet. Zu diesem Prozeß hat wesentlich das ATM-Forum (eine Organisation von Anbietern, Trägern und Benutzern) beigetragen. Eine grundlegende Spezifikation ist beispielsweise die Netz-Anwender-Schnittstelle UNI in der aktuellen Version 3.1. Mit dem weiteren Ausbau der ATM-Funktionen ist auch eine Überarbeitung dieses Interface erforderlich. Eine entsprechend geänderte Nachfolgeversion 4.0 soll in Kürze auf den Markt kommen.

Eines der besonderen Merkmale von ATM ist die Möglichkeit, verschiedene Datentypen zu übertragen, die unterschiedliche Transferparameter benötigen. Die Übermittlung von Sprache zum Beispiel erfordert Kanäle mit niedrigen Verzögerungsraten und geringen Schwankungen zum Erhalt der Sprachqualität. Interaktive Übertragungen, wie X.25 oder SNA- und LAN-Vernetzungen, gestatten dagegen im allgemeinen auch höhere Verzögerungswerte. Doch haben LAN-Daten einen sehr hohen Bandbreitenbedarf. Schließlich gibt es Protokolle, bei denen keine Verzögerungen auftreten dürfen, wie zum Beispiel DEC LAT, das ursprünglich für den lokalen Gebrauch vorgesehen war, mittlerweile jedoch auch in die Fernübertragungsnetze Eingang gefunden hat.

Zu diesem Zweck hat das ATM-Forum Parameter wie Peak Cell Rate, Sustained Cell Rate, Compliant Cell Delay Variation und Burst Tolerance für verschiedene ATM-Verbindungen festgelegt (siehe Tabelle "ATM-Verkehr"). Generell lassen sich diese in fünf Serviceklassen unterteilen:

-Constant Bit Rate (CBR): transparente Leitung im ATM-Netz mit konstanter Bandbreite oft auch als Verbindungsemulation bezeichnet.

-Variable Bit Rate/Realtime (VBR-RT): für den Transport von Datenblöcken, für die eine genau kontrollierte Verzögerung benötigt wird dabei kann es sich zum Beispiel um Sprache ohne Pausenblöcke handeln.

-Variable Bit Rate/Non-Realtime (VBR-NRT): für den Transport von Datenblöcken, bei denen Verzögerungsschwankungen unproblematisch sind.

-Unspecified Bit Rate (UBR): keine Gewährleistung einer qualitativ hochwertigen Übertragung und daher in der Praxis wenig verwendet.

-Available Bit Rate (ABR): neueste Serviceklasse des ATM-Forums sie verfügt über einen Feedback-Mechanismus, der sicherstellt, daß die ABR-Verbindung die gesamte verfügbare Bandbreite für die Fernübertragung nutzt. Gleichzeitig vermeidet das Verfahren eine Überlastung, so daß keine Zellen verlorengehen können. Damit bietet ABR eine sehr hohe Datenintegrität und einen garantiert hohen Qualitätsstandard, einhergehend mit den Preisvorteilen einer hohen Bandbreitenleistung.

Es steht zu erwarten, daß die Zukunft weitere Klassen für bestimmte Anwendungszwecke bringen wird. Zur Zeit reichen diese fünf jedoch aus, um für so verschiedene Anwendungen wie X.25, IP, Frame Relay, Sprach-, Video- und Bilddaten eine gleichbleibende Übertragungsqualität zu gewährleisten.

Die Datenfernübertragung stellt einen der wichtigsten Kostenfaktoren im Unternehmensnetz dar. Untersuchungen ergaben, daß die Datenfernübertragung bis zu 85 Prozent der Telekommunika- tionskosten einer Firma ausmachen kann. Entsprechend hat die Verbesserung der Bandbreite bei der Reduzierung der Betriebskosten Priorität, das heißt die Fähigkeit, möglichst viele Anwendungen und Daten über dieselbe Fernübertragungsleitung zu transportieren. Verglichen mit anderen Technologien erreicht ATM hierbei überragende Werte in den Schlüsselbereichen Sprachunterstützung, Datenunterstützung, Flexibilität und Skalierbarkeit.

Bei einer normalen Konversa- tion sprechen die Personen abwechselnd. Bei herkömmlichen Zeitmultiplex-Systemen (TDM) wird jedoch ständig Bandbreite für beide Sprecher freigehalten. TDM-Systeme halten sogar dann Bandbreite frei, wenn niemand spricht. ATM dagegen sendet bei Verwendung der richtigen VBR-RT-Serviceklasse nur dann Zellen über das Netz, wenn tatsächlich jemand spricht. Das bedeutet, daß 50 Prozent der Bandbreite eingespart werden, da ATM berücksichtigt, daß immer nur eine Person spricht. Weitere zehn Prozent lassen sich aufgrund der Sprechpausen sparen.

Mit der ABR-Serviceklasse ist ein Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent bei der Datenfernübertragung zu erreichen - ohne die Gefahr eines Datenverlusts. Der Wirkungsgrad von TDM-Systemen beträgt dagegen lediglich 50 Prozent, der von X.25-Netzen für Paketvermittlung sowie Frame-only-Netzen 50 bis 60 Prozent. Eine weitere Leistungssteigerung erreicht ATM in Kombination mit RPS (Repetitive Pattern Suppression) - ein System, das automatisch nach doppelten Datensequenzen sucht, die Duplikate am Senderende entfernt und am Empfängerende wiedereinfügt.

Ein Pluspunkt ist Robustheit

Für ein ATM-Netz spricht auch seine Robustheit: Tritt ein Verbindungs- oder Modalfehler im Netz auf, stellt es die Verbindung schnell wieder her. Auch häufige Unterbrechungen, selbst von Telefongesprächen, lassen sich auf diese Weise ohne Datenverluste ausgleichen. TDM-Systeme dagegen arbeiten langsam oder reservieren kostspielige Bandbreitenkapazitäten zum Auffangen eventueller Fehler. Die Tatsache schließlich, daß ATM sämtliche Datentypen transportiert, ermöglicht eine erhebliche Einsparung in puncto Systemgröße. Es sind nicht mehr verschiedene Netzwerke für verschiedene Anwendungen erforderlich, und die Bandbreite der Datenfernübertragung ist, im Gegensatz zu TDM-Systemen, von mehreren Anwendungen gleichzeitig nutzbar.

Bei ATM handelt es sich also um eine flexible Technologie, die nicht auf die Anwendung innerhalb von Firmengeländen oder Hochgeschwindigkeits-Glasfaserkabel beschränkt ist. Im Gegenteil: ATM zeigt sich selbst bei einer Transferrate von n x 64 Kbit/s auf digitalen Fernübertragungsstrecken ausgesprochen leistungsfähig und stellt daher eine kostengünstige Alternative dar. Allerdings liegt die Vermutung nah, daß sich E1 (2 Mbit/s) als allgemeine ATM-Zugriffsrate etablieren wird.

Die Fixierung in Richtung E1-Transferrate dürfte noch durch die Einführung des ATM Inver- sion Multiplexing (AIM) beschleunigt werden. Dieser weitere Standard des ATM-Forums soll eine Skalierbarkeit der Bandbreite bei der Datenfernübertragung ermöglichen. Die Überlegung ist dabei, mit Hilfe von AIM mehrere E1-Verbindungen zu einer logischen Verbindung (siehe Abbildung 1) zu koppeln, um so auf die Nutzung der deutlich teureren E3-Leitungen (34 Mbit/s) verzichten zu können. Dies ist vor allem in Ländern, in denen es keine Zwischenstufe zwischen E1 und E3 gibt, eine interessante Variante, um Kosten zu sparen.

Des weiteren hat AIM den Vorzug, daß es sich an jede verfügbare Bandbreite anpaßt. Fällt eine der Fernverbindungen aus, wird die verbleibende Bandbreite dennoch effektiv genutzt. Da die indirekten Kosten für den AIM-Prozeß äußerst gering sind, könnte er in Zukunft zur Bandbreitenerweiterung von Mietleitungen in öffentlichen Netzen verwendet werden.

Mit der zunehmenden Dichte der Glasfaservernetzungen in Stadtgebieten, der Veränderung der Trägerinfrastruktur und der verstärkten Präsenz alternativer Carrier dürften aber auch finanzierbare Hochgeschwindigkeits-ATM-Systeme (STM-1, 155 Mbit/s) nicht mehr lange Zukunftsmusik bleiben. Ebenso sind Direktverbindungen, obgleich dies wohl noch Jahre in Anspruch nehmen wird, keine reine Utopie mehr: ATM-Technik per Desktop über das LAN, das Firmennetz und schließlich grenzüberschreitend zu den Teilnehmern in anderen Städten und sogar Ländern. Soviel zur Zukunft. Wichtig ist heute jedoch vor allem, daß ATM einerseits schon in der Lage ist, herkömmliche Anwendungen (wie X.25) zu integrieren, und andererseits der Netzwerkarchitektur und den Anwendungen der Zukunft offensteht.

Trotz all seiner hochentwickelten Möglichkeiten ist ATM zunächst einmal eine Technologie. Welchen Einfluß hat diese nun auf die Netze? Um von einer Nischentechnologie zu einer verbreiteten "Praxistechnologie" zu avancieren, muß ATM folgende fünf Voraussetzungen erfüllen:

-Es muß flexibel sein, um möglichst viele Dienste zu unterstützen.

-Es muß leistungsfähig sein, um die Anwendungsleistung für den Benutzer zu optimieren und die Betriebskosten zu reduzieren.

-Es muß ausbaufähig sein, um den Anforderungen an eine wachsende Teilnehmerzahl, ein größeres Übertragungsvolumen und an höhere Geschwindigkeiten gerecht zu werden.

-Es muß zuverlässig sein, um dem Benutzer der modernen Geschäftswelt 24 Stunden am Tag und 365 Tage im Jahr zur Verfügung zu stehen.

-Es muß die Netzsteuerung ermöglichen zur Unterstützung von Verwaltungsfunktionen wie Konfiguration, Fehlersuche und Gebührenrechnungsstellung.

Die bisherigen Betrachtungen konzentrierten sich auf die ersten vier Punkte. ATM bietet jedoch außerdem völlig neue Steuerungs- und Verwaltungsoptionen. Da die Übertragung in Zellen abläuft, die jeweils über eine eigene Adresse verfügen, ist es möglich, festzustellen, welche Netzwerkressourcen (Übertragungskapazität, Bandbreite etc.) jeweils von den einzelnen Verbindungen beziehungsweise Anwendungen zu bestimmten Zeitpunkten verwendet werden. Dies wiederum ermöglicht die Durchführung einer verbrauchsgebundenen Rechnungsstellung, die für Carrier und die innerbetriebliche Abrechnung interessant ist. Auf diese Weise lassen sich Arbeitsstrukturen und Nutzungstrends analysieren und zu einer sinnvollen Netzplanung verwenden.

Theoretisch stellt ATM also eine realistische Lösung für die Vernetzung von Unternehmen dar. Doch wie sieht es in der Praxis aus? Abbildung 2 (links) zeigt die Konfiguration eines Firmennetzwerks. Ursprünglich übertrug ein TDM-Netz sowohl X.25-Daten von entfernten Stationen als auch Backbone-Sprachsignale über n-x-64-Kbit/s- und E1-Mietleitungen. Schließlich wurde ein zweites Netz für die SNA-Übertragungen installiert. Dabei ergaben sich drei gravierende Nachteile:

-Bei zwei parallelen Netzwerken sind mehrere Standleitungen erforderlich, verbunden mit hohen Betriebskosten.

-Die TDM-Architektur liefert aufgrund überflüssiger Ausweichverbindungen nicht die gewünschte Bandbreite.

-Keines der Netze bietet eine angemessene Frame-Relay-Unterstützung.

Diese Nachteile stellen letztlich den Sinn der gesamten Netzwerkkonfiguration in Frage. Abbildung 2 (rechts) zeigt, wie die Lösung dieser Problematik mit einer ATM-Infrastruktur aussehen könnte. Für den Anwender hat diese Alternative den Vorteil, daß sein System durch die Integration aller zu unterhaltender Übertragungen in einem Netzwerk kleiner wird. Mit dem asynchronen Verfahren bekommt er darüber hinaus die Möglichkeit, Frame-Relay-Verbindungen aufzubauen. Zudem werden alle X.25- und SNA-Übertragungen unterstützt.

Für diese Lösung spricht auch, daß sich das zunächst nur für die Datenübertragung verwendete ATM später ohne größere Aufrüstung bis zu den Endgeräten weiterführen läßt.

Abschließend sei noch angemerkt, daß sich ATM immer schneller zu einem Verknüpfungspunkt zwischen Vernetzung und Anwendung entwickelt. Bisher gibt es dazu keine erfolgreiche Alternativlösung. Diese beiden Faktoren machen ATM zu einer zuverlässigen und realisierbaren Langzeitlösung für die Netzwerkinfrastruktur eines Unternehmens.

Angeklickt

Obwohl die Anschaffung von ATM-Equipment teuer ist, spart das asynchrone Verfahren Geld. Durch die hohe Bandbreite und die Integration verschiedener Datentypen ist der Unterhalt sehr günstig. Vorhandene Geräte wie Router, X.25-Switches und Datenmultiplexer müssen nicht ausgetauscht werden. Sie profitieren von der ATM-Infrastruktur, indem sie entlastet werden. ATM integriert demnach heutige Anwendungen, ist aber dennoch eine zukunftssichere Netzarchitektur.

*Phil Dean ist Marketing-Manager für Europa bei Stratacom.