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26.01.1996 - 

SMDS traegt Anwenderbeduerfnissen Rechnung

Hochgeschwindigkeit im LAN sucht Vergleichbares im WAN

26.01.1996

Viele Anwenderfirmen haben bekanntlich ihre Datenkommunikationsinfrastruktur sukzessive von hierarchischen Strukturen mit dummen Terminals auf LANs mit Datenraten bis 100 Mbit/s (Fast Ethernet) umgestellt. Mit anderen Worten: Es ist ein Trend zu immer mehr Bandbreite in der Inhouse-Kommunikation zu konstatieren, der mit immer leistungsfaehigeren und gleichzeitig kostenguenstigeren PCs inklusive entsprechender Software eher noch zunehmen duerfte. Gleiches gilt fuer die heute gehandelten Multimedia-Szenarien der Zukunft, was summa summarum auch an die WANs gaenzlich neue Anforderungen stellen duerfte.

Bisher waren Festverbindungen und paketvermittelnde Netze, etwa X.25 und mit Einschraenkungen auch ISDN, das einzige Angebot der oeffentlichen Carrier fuer die standortuebergreifende Datenkommunikation. Keine der drei Moeglichkeiten war jedoch fuer die LAN-LAN-Kopplung optimal geeignet. Die Hauptursache dafuer ist im typischen Verkehrsverhalten von LANs zu sehen, wo unterschiedlich grosse Datenmengen zu verschiedenen Zeiten (Stichwort: bursty traffic) anfallen. Das heisst: Auf eine Phase extremer Beanspruchung des Netzes kann eine laengere Ruhephase folgen. Unabhaengig davon werden aufgrund der grossen Datenmengen und der Forderung nach kurzen Antwortzeiten schnelle Verbindungen benoetigt.

Besagte Festverbindungen koennen zwar in den unterschiedlichsten Geschwindigkeitsvarianten angemietet werden, haben aber zwei Nachteile: Sie stehen den Benutzern mit der vollen Bandbreite ueber einen konstanten Zeitraum zur Verfuegung - also auch dann, wenn keine Datenuebertragung stattfindet. Und sie muessen zum Festpreis und damit auch in Zeiten der Nichtbenutzung bezahlt werden. Konsequenz: Spaetestens ab 34 Mbit/s ist diese WAN-Variante, um es vorsichtig auszudruecken, unwirtschaftlich. Netze, die auf sogenannten Waehlverbindungen basieren (ISDN oder das analoge Telefonnetz) sowie vorhandene paketvermittelnde Netze (X.25) stellen den Service zwar bedarfsgerechter zur Verfuegung, sind aber mit maximal 64 Kbit/s fuer die LAN-LAN-Kopplung viel zu langsam.

Aus diesem Grund hat die Telekom wie alle anderen PTTs in Europa bereits in den 80er Jahren nach Alternativen gesucht, um schnellere und gleichzeitig kostenguenstigere Uebertragungswege zu realisieren, die speziell auf die LAN-Anwender zugeschnitten sind. Schneller hiess und heisst dabei die Bereitstellung von mehr als 2 Mbit/s. Kostenguenstiger bedeutet, dass die High-Speed-Verbindungen billiger als eine Festverbindung mit derselben Geschwindigkeit sein muessen, gleichzeitig aber etwas teurer als eine 64-Kbit/s- Leitung sein koennen. Damit aber nicht genug der Anforderungen: Um fuer die LAN-Anwender "optimal" zu sein, muessen WANs auch die gleichen Geschwindigkeitsbereiche wie ein LAN, also 10 bis 100 Mbit/s, bereitstellen, und die in den LANs verwendete Anwendungssoftware muss ohne kostspielige Adaption verwendet werden koennen.

Die Antwort der Telekom auf diese Anforderungen ist die heute gaengige Variante der Datenautobahn - Metropolitan Area Networks (MANs) auf Basis des Switched Multimegabit Data Service (SMDS). SMDS ist derzeit der einzige Breitbanddienst, der bis in alle Details definiert ist und weltweit zur Verfuegung steht. Anschlusspunkte an das SMDS-Netz der Telekom, Datex M, sind mittlerweile in allen grossen Staedten vorhanden (vgl. Abbildung 1). SMDS wurde nicht zuletzt fuer den aktuellen Bedarf an Hochgeschwindigkeitsnetzen, eben auch denen fuer die LAN-LAN- Kopplung, entwickelt - wird aber auch in den zukuenftigen ATM- Netzen angeboten werden und duerfte dort fuer bestimmte Umgebungen auch die Moeglichkeit einer Dienstemischung bereitstellen.

Wichtigster Vorteil von SMDS ist jedoch die Verfuegbarkeit eines kompletten Spektrums an kompatiblen Anschlussmoeglichkeiten von 64 Kbit/s bis 155 Mbit/s, wobei die Geschwindigkeitsanpassung das Netz uebernimmt (vgl. Abbildung 2). Dies ist fuer alle Unternehmen wichtig, die ihre Netze in den Aussenstellen und am Firmenhauptsitz zwar ueber einen Hochgeschwindigkeitsdienst verbinden wollen, aufgrund der Groesse der einzelnen Standorte oder des dortigen Anwendungsspektrums aber zum Teil voellig unterschiedliche Anforderungen an die Bandbreite haben. Jeder Standort erhaelt also genau einen Anschluss und kann darueber mit allen anderen Niederlassungen des Unternehmens kommunizieren. Dies wiederum ist die Voraussetzung dafuer, dass das unternehmensspezifische Optimum zwischen Preis und Performance gefunden werden kann.

Doch zurueck zur LAN-LAN-Kopplung: Wesentlich dafuer ist die Unterstuetzung der LAN-typischen Broadcast-Dienste im WAN. Router aktualisieren beispielsweise ueber Multicasts ihre Routing- Tabellen, waehrend Bridges mit Hilfe von Broadcasts den Weg ermitteln, den ein Datenpaket von der Sende- zur Zielstation ueber das Netz nehmen soll. In beiden Faellen wird jedoch die zur Verfuegung stehende Bandbreite durch unnoetigen Datenverkehr aufgebraucht.

Da Broadcasts in LANs unumgaenglich sind, wurden in MANs Moeglichkeiten geschaffen, einerseits solche Spitzenlasten zu bewaeltigen, andererseits aber den Nachteil des uebermaessigen Bandbreitenverbrauchs zu reduzieren. Dies wurde hauptsaechlich durch die Kennzeichnung der Multicasts mit einer speziellen Multicast-Adresse erreicht. Die Multicast-Pakete durchlaufen die Teilnetzbereiche nur ein einziges Mal und werden an den Zielpunkten von den betreffenden Stationen "on the fly" abkopiert.

Ein weiteres typisches Kenn-zeichen von LANs ist, dass sie verbindungslos arbeiten. Das heisst, der Anwender schickt seine Datensendung Paket fuer Paket auf das Netz und erhaelt die Antwort in der gleichen Form zurueck. Dieses "Ping-Pong-Spiel", das in einem PC-Netz bis zu 1000mal pro Minute ablaeuft, ist mit einem verbindungslosen WAN-Dienst wie SMDS weit besser abzuwickeln als mit einem verbindungsorientierten Service, beispielsweise ISDN.

Der Internationalisierung des Datenverkehrs wird mit der Verwendung der von der ITU genormten und von den Fernmeldegesellschaften verwendeten E.164-Telefonnummer Rechnung getragen. Damit ist weltweit eine eindeutige Adressierung moeglich. Dem LAN-Paket wird der SMDS-Header mit der E.164-Nummer vorangestellt, auf deren Basis es dann moeglich ist, das Paket ueber das internationale SMDS-Netz vom Sender zum Empfaenger zu leiten. Gleichzeitig lassen sich auf diese Weise Bridging- und Routing- Techniken unterstuetzen, so dass eine transparente Weiterleitung typischer LAN-Protokolle wie IPX, SNA/APPN, TCP/IP, OSI, Decnet oder Appletalk gewaehrleistet ist. Zudem hat das Adressierungsschema den Vorteil, dass anwenderspezifische Sicherheitsmechanismen implementiert und Gebuehren erfasst werden koennen.

Als internationaler WAN-Dienst muss SMDS dem Anwender bestimmte Service-Rahmenbedingungen garantieren. Dazu gehoeren eine bestimmte Verzoegerung zwischen zwei Anschlusspunkten, die bei einer 2-Mbit/s- Verbindung auf 140 Millisekunden und bei einer 34 Mbit/s- Verbindung auf 20 Millisekunden begrenzt ist, eine garantierte maximale Ausfallzeit von acht Stunden pro Jahr und eine Fehlerrate von 5 x 10-8 Paketen. Um diesen Leistungskatalog ueberhaupt einhalten zu koennen, verpflichten sich die Betreiber von SMDS- Netzen, die Kapazitaet der Trunk-Verbindungen moeglichst grosszuegig auszulegen, um so zu verhindern, dass gegebenenfalls SMDS-Pakete verlorengehen. Der Customer Network Management Service (CNM) stellt dabei sicher, dass der Anwender die gleiche Kontrolle ueber sein komplexes oeffentliches Vermittlungsnetz erhaelt, als wenn er eine durchgeschaltete Mietleitung benutzen wuerde.

Diensteintegration durch Standardisierung der ITV

SMDS ist also die Antwort der grossen internationalen Carrier auf die Anforderungen einer bestimmten Zielgruppe, naemlich der LAN- Anwender, die heute schon einen erkennbaren Bedarf an Breitbandkommunikation haben und somit auf das angewiesen sind, was man mit Recht als Datenautobahnen bezeichnen kann. Dementsprechend wurden SMDS-Netze auch im Umfeld der LANs auf Basis der IEEE-802.6-Spezifikation als verbindungslose Komponente eines kuenftigen Breitbanddienstes standardisiert. SMDS-Netzen liegt als technisches Prinzip der DQDB-Zugriffsmechanismus zugrunde. Parallel hierzu liefen die Standardisierungsbemuehungen der ITU. Diese hatten nicht die Wuensche einer bestimmten Anwendergruppe im Blickfeld, sondern zielten auf die Vereinheitlichung der im WAN-Bereich vorhandenen unterschiedlichen Spezialnetze durch ein integriertes Sprach- und Datennetz. Unter dem Aspekt dieser Diensteintegration wurde wiederum von der ITU- TS-Studiengruppe XIII das sogenannte Breitband-ISDN (B-ISDN) standardisiert, das ATM als Basistechnologie verwendet. Insofern stellt B-ISDN auch die naechste Stufe der Datenautobahnen dar, deren Realisierung in mehreren Abschnitten geplant ist.

Diese naechste Ausbaustufe bedeutet allerdings nicht, wie einige Anwender befuerchten, das Aus fuer SMDS. SMDS wurde vom ATM-Forum neben CRS, CES und FRS als einer der vier Dienste spezifiziert, die in einer ATM-Infrastruktur zur Anwendung kommen (vgl. Abbildung 3). Dabei ist SMDS als verbindungsloser Dienst fuer die LAN-LAN-Kommunikation vorgesehen, weshalb man in diesem Zusammenhang auch von der "verbindungslosen ATM-Variante" spricht. Ein verbindungsloser ATM-Dienst ist so lange notwendig, wie die heutigen Shared-Media-LANs mit ihren Broadcasting-Eigenschaften und ihren verbindungslosen Protokollen ueber ein ATM-WAN abgewickelt werden muessen.

Unter technischen Gesichtspunkten wird SMDS ueber ATM dadurch erleichtert, dass beide Dienste mit einem Vermittlungsprinzip auf der Basis von Zellen arbeiten. Die Datenpakete aus den LANs werden in Zellen aufgeteilt und ueber das Telekommunikationsnetz uebertragen. Da dieses Prinzip 1990 auch in der IEEE-802.6- Spezifikation uebernommen wurde, sind die Zellen von ATM und DQDB (802.6) einander sehr aehnlich und lassen sich problemlos ueber die Hardwarelogik konvertieren. Insofern ist SMDS vergleichbar mit einer Spedition, die als Transportmittel heute DQDB, morgen ATM und als Transportweg heute das existierende PDH-, in Zukunft das SDH-Leitungsnetz benutzt, um Datenpakete von A nach B zu uebertragen.

Da die ATM-Signalisierungsstandards noch nicht abgeschlossen sind, haben sich die grossen Netzbetreiber weltweit darauf verstaendigt, ATM in mehreren Stufen einzufuehren. In der ersten Phase, die in Deutschland 1994 begann, werden ATM-Crossconnect-Systeme (ATM-CCs) anstelle von ATM-Vermittlungsstellen eingesetzt. Diese ATM-CCs koennen Zellen auf Basis der VPI/VCI-Daten im ATM-Zellenkopf mit Hilfe des CRS-Dienstes, der auch als ATM-Traegerdienst bezeichnet wird, weiterleiten. Erst in einer zweiten Phase, die voraussichtlich noch in diesem Jahr beginnt, bieten ATM- Vermittlungsstellen auch virtuelle Waehlverbindungen.

Die heute in Deutschland existierende Topologie besteht aus einer kommerziell genutzten SMDS-Ringstruktur (Datex-M), in die der B- ISDN-Pilotversuch gemaess der eben beschriebenen Phase eins zwischen Koeln, Berlin und Hamburg integriert ist (vgl. Abbildung 1). Dabei werden zwei Anschlussvarianten getestet: der direkte Zugang von LAN-Teilnehmern ueber einen ATM-Terminaladapter (ATM-TA) und der konzentrierte Zugang ueber das MAN.

ATM-Direktanschluesse sind derzeit nur als virtuelle Festverbindungen (Private Virtual Circuits) mit 155 Mbit/s moeglich. Dies ist zugleich auch der wesentliche Nachteil der heutigen ATM-Ausbaustufe: 155-Mbit/s-Festverbindungen sind fuer den einzelnen Anwender in der Regel noch ueberdimensioniert und unter Kostenaspekten kaum tragbar. Dies wird sich erst in der zweiten Ausbaustufe mit der Einfuehrung von ATM-Waehlleitungen aendern. Bis allerdings ein vermitteltes ATM-WAN samt der notwendigen Dienstestruktur flaechendeckend zur Verfuegung steht - was zwangslaeufig die Voraussetzung fuer eine entsprechend breitere Nutzung waere - werden noch mehrere Jahre ins Land gehen. So gesehen duerfte dem heutigen Datex-M-Dienst als Zugangskonzentrator zu einem ATM-WAN-Backbone auch in einer zukuenftigen flaechendeckenden ATM-Infrastruktur eine wichtige Rolle erhalten bleiben.

*Ruediger Hnyk ist innerhalb des Geschaeftsgebietes Vernetzungssysteme der Muenchner Siemens AG verantwortlicher Produkt-Manager fuer die digitale Vermittlungsstelle EWSM.

Kurz & buendig

Mit der weltweiten Einfuehrung von SMDS wurde jenseits aller "politischen Debatten" laengst der Grundstein fuer die Realisierung internationaler Information-Super-Highways gelegt. Durch die Implementierung von SMDS auf MAN-Basis (deutsches Beispiel: Der "Datex-M"-Dienst der Telekom) war jedenfalls die Bereitstellung von High-Speed-Verbindungen zu einem Zeitpunkt moeglich, als dies mit Hilfe von ATM weder im Umfang noch in der entsprechenden Qualitaet zu realisieren gewesen waere. SMDS wird von den MAN- schrittweise auf ATM-Plattformen uebertragen, ohne dass der Endbenutzer dies bemerkt. Auch die Schnittstellen beim Endkunden bleiben davon unberuehrt, so dass die Investition im Endsystembereich langfristig gesichert ist.