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03.02.1995

Der kostenguenstigere Weg zu hoeherer Bandbreite Noch passt der Hoffnungstraeger nicht ins Budget der Anwender

ATM und kein Ende. Noch streiten sich die Gelehrten, ob der kuenftige "Bandbreiten-Alleskoenner" sich zuerst im LAN- oder im WAN-Bereich durchsetzen wird - auch wenn sich die Waagschale berechtigter, weil realistischer Annahmen momentan in Richtung Inhouse-Networking zu neigen scheint. Guter Rat ist also in Sachen standortuebergreifende Kommunikation im wahrsten Sinne des Wortes teuer. Rene Urs* zeigt eine Reihe von Alternativen zur WAN- Kommunikation auf, die die Zeit ueberbruecken koennen, bis sich ATM auch hier rechnet.

Die lokalen Netzwerkverbindungen geraten langsam unter Bandbreitendruck. Nicht nur, dass verteilte Verarbeitungsprozesse im Netz, immer aufwendigere Applikationen sowie leistungsstaerkere Prozessoren dem Durchsatz neue Kapazitaeten abverlangen. Sprach-, Bild- und Video werden kuenftig noch hoehere Anforderungen an die Uebertragungsraten im LAN stellen. Lokal hat man bereits mit neuen Techniken auf den Bedarf reagiert. Ethernet-Switching, Fast Ethernet, FDDI und nun auch ATM sind jedenfalls eine Menge Perspektiven, die in eine bandbreitenstaerkere Zukunft weisen.

Nur was lokal einen stets hoeheren Durchsatz nach sich zieht, wird auf Dauer auch die WAN-Verbindungen mit zusaetzlicher Datenlast belegen. Zwar hat man auch hier mit ATM eine Technik entwickelt, die auf weitere Sicht genuegend Durchsatzpotential bietet. Doch wollen die Preise der Telekom fuer ihren ATM-Dienst bis dato nicht so recht ins Firmenbudget passen. So soll der Anwender fuer einen 34-Mbit/s-Anschluss eine einmalige Gebuehr von 1000, eine monatliche Grundgebuehr von 21000 sowie pro Stunde eine Nutzungsgebuehr von 350 Mark im Orts- und 3500 Mark im Fernbereich entrichten. Bei der 155-Mbit/s-Verbindung belaeuft sich die monatliche Grundgebuehr sogar auf 64000 und die Nutzungsstunde im Fernbereich auf 8500 Mark. Angesichts dieser Summen wird ein kostenguenstigerer Migrationsweg zu schnelleren Uebertragungstechniken zunehmend wichtiger.

Eines ist sicher: Mit Diensten wie Datex-P ist in vielen Unternehmen bereits das Ende der Fahnenstange erreicht. Zwar stellt der paketvermittelnde Service derzeit noch die am weitesten verbreitete WAN-Uebertragungstechnik dar - auch und gerade weil das Kostenprofil stimmt, indem nach einer neuen Telekom-Regelung neben einer kleinen Grundgebuehr nur noch solche Gebuehren entrichtet werden muessen, die am Uebertragungsvolumen gemessen werden. Zwischen 1,06 und 7,44 Pfennige sind dort pro Kbit/s faellig, je nach Gesamtaufkommen waehrend eines Monats. 64 Kbit/s Durchsatz (2 Mbit/s sind nur innerhalb des Wissenschaftsnetzes WIN moeglich) sind jedoch zu wenig, um die Datenlast zukuenftiger Applikationen zu bewaeltigen. Hinzu kommt, dass es in dieser Situation die denkbar schlechteste Loesung darstellt, bei einem Bandbreitenmangel auf die unflexiblen und ueberteuerten 2-Mbit/s-Festverbindung zu setzen.

Etwas flexibler in puncto Bandbreite zeigt sich ISDN. Pro Basisanschluss stehen hier 2 x 64 Kbit/s zur Verfuegung. Der S2M- Anschluss bietet sogar 30 Basiskanaele mit insgesamt 1,92 Mbit/s. Damit eignet sich ISDN auch dazu, groessere Datenmengen zu transportieren. Als vorteilhaft erweist sich diese Technologie aber auch, was die Kosten angeht. Da die einzelnen S0-Kanaele nur fuer die Dauer der Uebertragung fest zugeordnet werden, bezahlt der Anwender, abgesehen von einer kleinen Grundgebuehr, bedarfsorientiert - also nur fuer die tatsaechlich in Anspruch genommene Uebertragungszeit. Vor allem aber erschliesst er sich mit ISDN zusaetzlich einen Weg fuer die Sprachuebertragung.

Allerdings gibt es auch einen erheblichen Nachteil: Jeder Anwendung wird ein eigener Kanal zugeordnet. Werden zwei Telefongespraeche und eine Datenuebertragung gleichzeitig durchgefuehrt, muessen bereits drei S0-Kanaele geschaltet werden. Wenig effektiv zeigt sich ISDN zudem beim Sprachtransfer: Steht die Verbindung erst einmal, werden Sprachdaten ebenso uebertragen wie Sprachpausen. Es wird also ein erheblicher Teil der Bandbreite sinnlos verschwendet. Durch entsprechende Komprimierungsverfahren wie ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) laesst sich der Bandbreitenbedarf fuer die Sprache zumindest bis auf 16 Kbit/s senken. Sollen die beiden S0-Kanaele des Basis- oder die 30 S0- Kanaele des Primaermultiplex-Anschlusses zu einer hoeheren Geschwindigkeit zusammengefasst werden, ist der Einsatz eines Invers-Multiplexers Bedingung.

Mit ihm erschliessen sich dem Anwender freilich Bandbreitendimensionen, mit denen sich auch Videouebertragungen durchfuehren lassen. Dass es dafuer nicht immer die hohe ATM- Bandbreite sein muss, verdeutlicht folgendes Beispiel: Zwar koennen Videokonferenzen bereits in 24-Bit-Farbtiefe uebertragen werden. Dennoch: 8 Bit Farbtiefe reichen schon aus, um Bewegtbilder ohne grossen Qualitaetsverlust zu uebermitteln. Der Bandbreitenbedarf laesst sich damit um ein Drittel reduzieren.

Wer hoehere Bandbreiten braucht, dem erschliessen sich mittlerweile weitere Hochgeschwindigkeitswege. Wegbereiter zu einem hoeheren Durchsatz kann dabei das Datex-M-Netz mit dem Telekom-Dienst SMDS (Switched Multimegabit Data Service) sein, der fuer den europaeischen Bereich von European Telecommunications Standards Institute (ETSI) als CBDS (Connectionless Broadband Data Service) definiert wurde. Traegertechnik fuer diesen Dienst ist Glasfaser in Verbindung mit dem DQDB (Dual Queued Distributed Bus), der nach ANSI/IEEE 802.6 standardisiert ist. Das Uebertragungsverfahren SMDS/CBDS ermoeglicht auf dem Telekom-Netz Geschwindigkeiten von 64 Kbit/s bis 34 Mbit/s. Entsprechende Geschwindigkeitserweiterungen sind in folgenden Schritten moeglich: 2 x 64 Kbit/s, 4 x 64 Kbit/s, 2 Mbit/s, 2 x 2 Mbit/s, 4 x 2 Mbit/s und 34 Mbit/s.

Das paketvermittelnde, verbindungslos arbeitende SMDS/CBDS eignet sich insbesondere fuer LAN-LAN-Kopplungen mit Burst-artig auftretendem Datenaufkommen. Die Verbindung wird nur dann geschaltet, wenn Daten uebertragen werden. Der Anwender zahlt dementsprechend nur fuer die reine Uebertragungszeit. Da sich die SMDS/CBDS-Pakete innerhalb des Netzes zwischenpuffern lassen, hat Datex-M genauso wie Datex-P die Faehigkeit zur Geschwindigkeitsanpassung. Demzufolge koennen auch Anschluesse unterschiedlicher Uebertragungsgeschwindigkeiten nahtlos zusammenarbeiten.

Weil Datex-M nach dem Prinzip des "Shared Media" arbeitet, kann zudem am WAN-Verbindungssystem mehr Bandbreite auflaufen, als das Weitverkehrsnetz tatsaechlich an Durchsatz bietet. Die Verfuegbarkeit des Netzes wird dennoch nicht beeintraechtigt. Datex- M erlaubt es zudem, Informationen nach dem Multicast-Prinzip gleichzeitig an viele Teilnehmer weiterzuleiten. Das heisst, alle Anschluesse koennen untereinander Verbindung aufnehmen. Die Anwahl erfolgt im Selbstwahlverfahren, wobei sich alle Adressen im weltweiten SMDS-Netz eindeutig ansprechen lassen. Die Adressierung wird nach einem genormten Schema abgewickelt, das im ITU-E.164- Standard festgelegt ist.

Parallel wird es die DQDB-Traegertechnik kuenftig erlauben, auch isochrone Signale wie Sprache und Video zu transportieren. Die entsprechenden Parameter wurden ebenfalls mit CBDS festgelegt. Um den fuer Sprach- und Videouebertragung notwendigen kontinuierlichen Informationsfluss zu garantieren, werden vom zentralen System im gleichmaessigen Takt 53 Byte lange Zellen fester Laenge erzeugt. Die einzelnen Zellen sind als Daten-, Sprach- oder Videozellen markiert und nehmen nur die entsprechende Kommunikationsform auf.

Zudem kann sich der Anwender mit der DQDB-Technik einen Migrationsweg zu ATM erschliessen, denn die DQDB-Zelle ist, bis auf kleine Unterschiede im Header, mit der ATM-Zelle nahezu identisch. Die Veraenderungen an der Netzzugangstechnik werden sich deshalb bei einer spaeteren Migration zu ATM in engen Grenzen halten. Zudem hat die Telekom bereits angekuendigt, kuenftig auch den Datex-M- Dienst innerhalb ihres ISDN-Breitbandnetzes anzubieten. Derzeit stellt das Datex-M-Netz bereits Zugaenge in zwoelf deutschen Staedten bereit.

Am Markt existieren bereits zahlreiche Systeme, die einen Direktanschluss ans Datex-M-Netz erlauben, so zum Beispiel die Internet-Systeme des Router-Marktfuehrers Cisco Systems. Cisco- Router spielen auch im Datex-M-Netz der Telekom selbst eine zentrale Rolle: Sie stellen die Datex-M-Schnittstellen zum Anwender hin dar. Oder dieser setzt den Router als Zugangssystem zum Datex-M-Netz ein. Als Zugang dient in diesem Fall die SNI- Standard-Schnittstelle (Subscriber Network Interface). Zum Router hin ist ein V.36- oder X.21-Anschluss notwendig. Vorhandene Router lassen sich zudem weiter nutzen, wenn eine SMDS-Software mit DXI- Protokoll implementiert wird. Beim 34-Mbit/s-Anschluss kommt jedoch statt der V.36- oder X.21-Schnittstelle das HSSI (High Speed Serial Interface) zum Einsatz.

Und die Gebuehren fuer den Datex-M-Service? - Innerhalb dieses Diensts wird lediglich nach Uebertragungsvolumen in 10-GByte- Schritten abgerechnet. Eine oeffentliche Tarifierung gibt es bis heute nicht. Die Gebuehren werden individuell mit dem Kunden ausgehandelt. Dennoch lassen sich ungefaehre Werte nennen. Mit der monatlichen Grundgebuehr ist die erste Volumeneinheit von 10 Gbit/s abgegolten. Sie belaeuft sich auf zirka 7000 bis 8000 Mark beim 2- Mbit/s-Datex-M-Anschluss. Jede angefangene Volumeneinheit kostet das Unternehmen noch einmal den gleichen Betrag. Kommt der Anwender mit diesem monatlichen Uebertragungsvolumen aus, entstehen ihm bei einer angenommenen Distanz von 300 Kilometern nur rund 30 Prozent der Kosten einer 2-Mbit/s-Monopolleitung (25 000 Mark). Allerdings muss er in diesem Fall zusaetzlich fuer den Zubringerdienst bis zum Datex-M-Knoten bezahlen.

Wer mehr Bandbreite benoetigt, ohne allerdings Sprache und Video uebertragen zu muessen, dem erschliesst Datex-M zusaetzlich den Frame- Relay-Zubringerdienst. Frame Relay arbeitet aehnlich dem X.25- Protokoll mit Paketen variabler Laenge. Bis 2 Mbit/s sind derzeit moeglich. Garant fuer den schnellen Durchsatz sind die geringen Fehlerkorrekturmechanismen im Frame-Relay-Protokoll, die den Protokoll-Overhead auf den Leitungen drastisch minimieren.

Die Steuerung der Kommunikationsprozesse wird weitgehend an die Endgeraete und Netzknoten uebertragen. Ein Konzept, das auf den uebertragungssicheren digitalen Strecken gut aufgeht. Der einzige Fehlerkorrekturmechanismus in Frame Relay setzt auf FCS (Frame Check Sequence) auf. Mittels FCS - einem 2 Byte langen Feld innerhalb des Frame-Relay-Pakets - wird durch einfache Summenbildung geprueft, ob das eingehende Paket intakt ist. Wenn nicht, wird das Paket verworfen und eine Initiative zur Sendewiederholung an das Endgeraet uebertragen.

Frame Relay als die "guenstige Datenalternative"

Der geringe Protokollaufwand brachte auch den Vorteil mit sich, dass sich Frame-Relay-Schnittstellen schnell in Internet-Systemen realisieren liessen und dementsprechend schon seit langer Zeit Produkte zur Verfuegung stehen. Der deutsche Markt profitiert dabei von der Tatsache, dass Frame Relay seit 1991 im US-Markt eine Rolle spielt und dort mittlerweile von Dienstleistern wie Wiltel, AT&T, US-Sprint und MCI angeboten wird. Uebrigens: Bestehende X.25- Komponenten koennen - ohne grossen Aufwand - per Software-Update auf die Frame-Relay-Technik aufgeruestet werden.

Frame Relay arbeitet ueber feste und geschaltete virtuelle Verbindungen, die nur dann geschaltet werden, wenn Daten uebertragen werden. Jedem angeschlossenen System an einem Frame- Relay-Knoten laesst sich dabei eine Mindestbandbreite garantieren, die in ihrer Hoehe mittels CIR (Committed Interface Rate) definiert wird. Ist auf der Datenleitung zwischen den Knoten mehr Bandbreite verfuegbar, als die Kommunikationsprozesse benoetigen, wird die uebrige Bandbreite aufwendigeren Kommunikationsprozessen flexibel zur Verfuegung gestellt. Die Summe aller Leitungsverbindungen kann LANseitig mehr als 2 Mbit/s betragen.

Der Schluessel dazu ist das statistische Multiplexer-Verfahren. Da nur selten alle Endgeraete gleichzeitig uebertragen beziehungsweise die volle Bandbreite benoetigen, koennen Datenpakete optimal "geschachtelt" und dadurch an der Eingangsseite wesentlich mehr als 2 Mbit/s aufgenommen werden. Sollte doch einmal der seltene Fall eintreten, dass alle Endgeraete gleichzeitig kommunizieren, wird der Datenfluss einfach gebremst, bevor er ueber die Telekom- Strecke uebermittelt wird. Aufgrund dieser "Gummi-Bandbreite" erweisen sich Frame Relay wie auch SMDS/CBDS als geradezu ideale Dienste dafuer, den sporadisch anfallenden LAN-Verkehr aufzunehmen.

Einen wesentlichen Nachteil bringt die Frame-Relay-Technik, wie bereits angedeutet, dennoch mit sich: Aufgrund ihrer Datenpakete variabler Laenge eignet sie sich kaum zur Sprach- oder Videouebertragung. Die Laufzeit durchs Netz kann nicht garantiert werden, weil dem zeitversetztes Senden (statistisches Multiplexing) und variable Paketlaengen entgegenstehen.

Telekom arbeitet an neuem "Frame Link"

Frame Relay wird bisher nur als Zubringerdienst zum Datex-M-Netz genutzt. Gleichzeitig bereitet sich die Telekom derzeit darauf vor, Frame Relay auch als Dienst anzubieten. Bis Ende 1995 will man "Frame Link" - so der Name der neuen Telekom-Offerte - realisieren, das voraussichtlich auf X.25 aufsetzen und Geschwindigkeiten bis zu 2 Mbit/s erlauben wird.

Keine Verbindungsalternative wird derzeit jedoch in den Fachmedien so hochgelobt wie ATM. Und der neue Hoffnungstraeger hat in der Tat einiges zu bieten. Die Zellen fixer Laenge sind der wesentliche Grund dafuer, dass die Umsetzung im Switch hardwaretechnisch und dadurch extrem schnell erfolgen kann. Das Resultat ist ein forcierter Uebertragungstakt von 34 beziehungsweise 155 Mbit/s. Egal ob es bei der Uebertragung um Daten, Sprache oder Video geht: Alle Kommunikationsarten werden in diese Zelle, genauer gesagt, in den 48 Byte langen Datenteil verpackt und darin transportiert. Die restlichen 5 Byte bleiben dem ATM-Header mit den Adress- und Steuerinformationen vorbehalten.

Die kleinen Zellen garantieren zudem nicht nur kurze, sondern vor allem auch berechenbare Laufzeiten im Netz, die zur Sprach- und Videouebertragung unbedingt notwendig sind. "Class of Service", eine Kennzeichnung innerhalb des Headers, stellt sicher, dass zeitkritische Informationen wie Sprache und Video bevorzugt uebertragen werden. In der Zwischenzeit koennen die Datenzellen problemlos zwischengepuffert werden.

Das Routen der Informationen im Netz erfolgt aehnlich wie bei Frame Relay auf der Ebene 2 und damit im Netzknoten. Damit sind kurze Verarbeitungszeiten in den Knoten gewaehrleistet. Das Verhaeltnis von Daten- und Steueranteil ist indes nicht so guenstig - immerhin macht der ATM-Header rund 10 Prozent der Gesamtzelle aus. Doch wird dieses Manko durch die rasante Uebertragungsrate von 34 oder gar 155 Mbit/s mehr als kompensiert.

Nachteilig wird sich bei ATM die Tatsache auswirken, dass man hier erst am Anfang der Entwicklung steht. Dementsprechend kostspielig sind die ATM-faehigen Endgeraete. Ganz zu schweigen von den Gebuehren, die die Telekom fuer den ATM-Dienst im Rahmen ihres Pilotprojekts zwischen Hamburg, Berlin und Koeln in Rechnung stellt.

Angesichts dieser Situation ist eine weitere Telekommunikations- Perspektive fuer den Anwender interessant: Schmalband-ATM. Auch hier lassen sich die Vorzuege der zellenbasierten Uebertragungsweise nutzen, ohne einen monetaeren Aderlass in Kauf nehmen zu muessen. Diese Technik, die so neu gar nicht ist, ermoeglicht Bandbreiten bis zu 2 Mbit/s. Da die Durchlaufzeiten in den Switches bei schmalbandigen Leitungen eine wichtige Rolle spielen, arbeitet man mit verkuerzten Zellen (24 Byte: 3 Byte an Header-Informationen und 21 Byte fuer Nutzdaten).

Der Einsatz der Schmalband-ATM-Technik bringt den Anwendern eine Reihe von Vorteilen. So wird die Bandbreite nur dann belegt, wenn Informationen (Daten, Sprache oder Video) uebertragen werden. Die einzelnen Bandbreiten innerhalb des

2-Mbit/s-Bands werden dynamisch zugeteilt, wobei einem Eingang bei Bedarf auch die komplette Bandbreite zugedacht werden kann. Zudem sind die Laufzeiten im Netz vorhersehbar, was parallel zu den Daten die Uebertragung von Sprache und Video erlaubt.

* Rene Urs ist freier Journalist in Frankfurt am Main.