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26.02.1993 - 

Hochgeschwindigkeits-Rechnernetz nimmt Betrieb auf

Hamburger Wissenschaftler bauen bei ihrem MAN-Projekt auf FDDI

Das HHR arbeitet auf der Basis eines von der Telekom errichteten FDDI-Glasfasernetzes und verbindet in einer ersten Ausbaustufe sechs Wissenschaftseinrichtungen der Hamburger Region. Angeschlossen sind die Technische Universitaet Hamburg-Harburg (TUHH), die Universitaet der Bundeswehr Hamburg (UniBwH) und die Universitaet Hamburg (UniHH) sowie die Forschungseinrichtungen DESY, DKRZ und GKSS (vgl. Abbildung 1).

Einzelne LANs werden aufgebrochen

In den drei Hamburger Hochschulen arbeiten gegenwaertig rund 5300 Wissenschaftler; ausgebildet werden dort mehr als 49 000 Studierende. In den drei beteiligten Forschungseinrichtungen arbeiten mehr als 4000 Wissenschaftler in den Bereichen Grundlagenforschung, Hochenergiephysik beziehungsweise Nutzung der Synchrotronstrahlung (Deutsches Elektronen-Synchron), zentrale DV- Service-Einrichtung fuer die deutsche Klimaforschung (Deutsches Klimarechenzentrum) sowie Materialforschung, Umwelt- und Klimaforschung, Umwelttechnik und Unterwasseranlagenbau (Forschungszentrum Geesthacht).

Die einzelnen Institutionen betreiben seit geraumer Zeit grosse LANs mit Zugaengen zu globalen Netzen ueber das deutsche Wissenschaftsnetz WIN. Durch das Hamburger MAN-Projekt ist es nun moeglich, die Grenzen der einzelnen LANs "aufzubrechen" und diese ueber FDDI zu einem globalen MAN zu verknuepfen. Insgesamt werden auf diese Weise allein in der ersten Ausbaustufe rund 3900 Rechner miteinander verbunden.

Der Bedarf, die hohen Uebertragungsleistungen von LANs fuer den MAN- oder WAN-Betrieb zu nutzen beziehungsweise diese dorthin zu transferieren, waechst staendig. Grund: Rechner mit hoher Verarbeitungskapazitaet (Supercomputer) koennen aus Kostengruenden heute nur noch an einzelnen Hochschulen oder Forschungszentren - mit jeweils externen Zugriffsmoeglichkeiten - installiert werden. Andererseits ist fuer ein erfolgreiches wissenschaftliches Arbeiten der schnelle Zugriff auf leistungsfaehige Rechner inzwischen unabdingbar geworden.

Lange Zeit wurde das Verfahren des Distributed Queue Dual Bus (DQDB) als der geeignete Standard bei der Konzeption und Realisierung von MANs angesehen, der Einsatz von FDDI hingegen eher mit einiger Zurueckhaltung betrachtet. Da jedoch, wie sich gegenwaertig immer mehr herausstellt, die technische Entwicklung der DQDB-Komponenten hinter den frueheren Erwartungen weitgehend zurueckbleibt, stehen die Anwender heute beim Aufbau eines leistungsfaehigen MAN-Netzes vor einem Dilemma beziehungsweise kaempfen mit grossen technischen Schwierigkeiten.

Gegenwaertige Prognosen schreiben inzwischen dem Asynchronous Transfer Mode (ATM) im Zusammenhang mit der Breitband-ISDN-Kommunikation die Rolle als zukunftsweisender Technologie fuer MANs zu. Dagegen hat sich in den letzten Jahren der Einsatz von FDDI im LAN immer mehr bewaehrt. Aufgrund der begrenzten Flaechenausdehnung des Stadtstaates Hamburg wurde deshalb mit dem HHR der Versuch unternommen, ein "landesweites" MAN auf FDDI-Basis aufzubauen.

Die zu realisierende Verkabelungsstruktur konnte dabei allerdings im Zusammenhang mit der durch FDDI gegebenen Entfernungsbegrenzung auf 100 Kilometer sowie den zu nutzenden Glasfaserleitungen nicht durch einen einfachen FDDI-Ring abgebildet werden. Deshalb wurde das HHR aus drei ueber "Vermittlungs-Router" verbundenen FDDI- Ringen aufgebaut. Von diesen drei Ringen ist wiederum nur der Ring 2 ein "richtiger" Doppelring mit Anschlusspunkten ueber "Dual Attached Stations"; die Anschluesse in den Ringen 1 und 3 erfolgen dagegen ueber "Single Attached Stations".

Beim jeweiligen lokalen Teilnehmernetz wurde als Port zum HHR ein ueber das MAN zu verwaltender Router des US-Herstellers Cisco installiert, der entsprechend den individuellen Anforderungen entweder eine FDDI- oder (aktive) AUI-Ethernet-Schnittstelle zur Verfuegung stellt. Obwohl die Cisco-Komponenten als Multiprotokoll- Router konzipiert sind und somit eine Vielzahl von Netzprotokollen verarbeiten koennen, wurde fuer die Startphase des HHR zunaechst nur das Routing fuer Internet-Protokolle festgelgt, da lediglich fuer diese Protokollvarianten bereits eine durchgaengige und globale Rechneradressierung existierte.

Der Aufbau des HHR ist aus technischer Sicht nicht nur wegen der Groesse des Netzes interessant, sondern auch wegen des hierfuer ausgewaehlten Management-Konzepts, das besonders auf die vorhandene Konstellation autonomer LANs in einzelnen Wissenschaftseinrichtungen eingeht und deren Vernetzung ohne Vermengung beziehungsweise Ueberlagerung hierarchischer Strukturen erlaubt. Das HHR ist also als eigenstaendiges Netz anzusehen, das den LANs uebergeordnet ist. Dadurch wurde es notwendig, auch fuer das HHR einen neuen, eigenen und somit eindeutigen Adressbereich festzulegen.

Der Aufbau des HHR aus drei FDDI-Ringen erforderte zudem das Etablieren einer Subnetzstruktur, da die Vermittlungs-Router fuer ihre Schnittstellen jeweils unterschiedliche Netzadressen benoetigen, um die erforderlichen Routing-Entscheidungen zwischen den einzelnen FDDI-Ringen treffen zu koennen. So mussten unter anderem die HHR-Router ueber die verwendeten Subnetzbereiche informiert werden - die "einfachen" HHR-Router der Institutionen kennen lediglich den Adressbereich, dem ihre Schnittstelle zugeordnet wurde -, damit diese auch in der Lage sind, Ziele ausserhalb ihres jeweiligen Ringes zu erreichen (die aktuelle Festlegung der fuer die Subnetzbereiche festgelegten IP-Nummern ist aus der Abbildung 2 ersichtlich).

Fuer das eigentliche Routing des IP-Protokolls in den HHR-Routern standen zwei Moeglichkeiten zur Auswahl:

- statisches Routing: An jedem HHR-Router werden individuell statische Routing-Tabellen gepflegt, das heisst dem Router sind nur die (Ziel-)Adressbereiche bekannt, die in diesen Tabellen explizit aufgefuehrt werden;

- dynamisches Routing: Cisco-Router bieten die Verwendung verschiedener Routing-Informationsprotokolle an, die fuer die automatische Verbreitung der den einzelnen Routern bekannten Internet-Adressbereiche samt zugehoeriger Transportwege unter den am HHR angeschlossenen Routern zustaendig sind.

Da ein auf statischen Eintraegen basierendes Management sowohl waehrend der Installation als auch bei Aenderungen im laufenden Betrieb einen grossen Abstimmungsaufwand erfordert, wurde von vornherein auf den Einsatz eines statischen Routing-Verfahrens verzichtet und die Auswahl eines dynamischen Routing-Verfahrens angestrebt. Bei einem entsprechenden IP-Routing standen wiederum zwei verschiedene Typen von Protokollen zur Verfuegung.

Zum einen waren dies externe Routing-Protokolle, die fuer die Uebergabe beziehungsweise Uebernahme von Routing-Informationen zwischen (verwaltungstechnisch) unabhaengigen Internet- Hierarchiestufen konzipiert sind wie das Exterior Gateway Protocol (EGP) oder das Border Gateway Protocol (BGP). Zum anderen handelte es sich um interne Routing-Protokolle, die fuer die Verwendung innerhalb eines "autonomen" LANs ausgelegt sind.

Diese Protokollstacks nutzen die Broadcast-Moeglichkeiten in LANs, um selbstaendig vorhandene Nachbar-Router zu identifizieren und zu orten. Zu dieser Protokollvariante zaehlen beispielsweise das Routing Information Protocol (RIP), Hello, das Interior Gateway Routing Protocol (IGRP) sowie Open Shortest Path First (OSPF).

Nachdem man sich im Zusammenhang mit der Konzeption des HHRs zunaechst fuer ein externes Protokoll entschieden hatte, mussten zwei wesentliche Voraussetzungen erfuellt sein:

1. Das HHR ist als MAN den LANs hierarchisch uebergeordnet.

2. Die Verbindungen der LANs nach "aussen" in ein WAN werden ueber das HHR koordiniert und betrieben.

Beide Forderungen liessen sich jedoch nicht erfuellen, da die LANs der einzelnen Institutionen in den letzten Jahren gewachsen sind und sich dabei individuelle Organisations- und Management-Formen entwickelt haben, die die Betreiber heute nicht mehr aufgeben koennen und wollen. So war fuer die Wahl eines Routing-Protokolls im HHR nur ein internes Protokoll moeglich. Aus der Liste der einsetzbaren Protokolle wurde das OSPF-Protokoll ausgewaehlt, da dieses optimal die komplexe Struktur des HHR abzudecken vermag.

Auf diese Weise koennen unter anderem Subnetzinformationen von Adressbereichen der beteiligten Institutionen verteilt werden, was bei den beiden Anschlusspunkten der Uni Hamburg - Informatik und regionales Rechenzentrum - von Bedeutung ist, da beide zum gleichen Internet-Adressbereich gehoeren. Abgesehen davon, dass das OSPF beim Verteilen von externen "Routes" von allen internen Protokollen die wenigsten Netz- und CPU-Ressourcen benoetigt, erschien es geradezu ideal dafuer geeignet, in einem weiteren Schritt eine einheitliche Routing-Struktur fuer die gesamten wissenschaftlichen Einrichtungen im Raum Hamburg zu schaffen.

Die Bereitstellung einer MAN-Struktur wie der des HHR ermoeglicht eine heute notwendige optimale Nutzung leistungsfaehiger und sehr teurer Hoechstleistungsrechner. Dies verbessert die Voraussetzungen fuer eine kooperative wissenschaftliche Zusammenarbeit im Grossraum Hamburg erheblich, vor allem durch die wechselseitige Nutzung von Spezialrechnern, kooperative DV-gestuetzte Arbeitsformen sowie den schnelleren Austausch grosser Datenmengen.

Die Inbetriebnahme dieses Netzes erlaubt somit eine intensive Erprobung dieser neuen Netztechnologie unter praxisorientierten Bedingungen.

Die Anwendbarkeit dieser Technologie wird sicherlich auch richtungsweisend fuer eine zukuenftige Rechnerversorgung moderner Industrie-Unternehmen werden. Bereits heute, kurz nach der Betriebsaufnahme, zeigen weitere Hamburger Wissenschaftseinrichtungen starkes Interesse an einem Anschluss an das HHR.

*Dr. Hans-Joachim Mueck ist Leiter des Informatikzentrums der Universitaet Hamburg und verantwortlicher Koordinator des HHR.

Abb. 1: Das HHR verbindet in seiner ersten Ausbaustufe sechs Wissenschaftseinrichtungen in der Region Hamburg.

Abb. 2: Der Aufbau des HHR aus drei FDDI-Ringen erforderte eine Subnetzstruktur, um die notwendigen Routing-Entscheidungen treffen zu koennen.