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08.12.2000 - 

Netztechniken im Vergleich

Noch läuft Ethernet ATM im WAN nicht den Rang ab

STUTENSEE - Mit Ethernet, SDH und ATM kämpfen drei Verfahren um den Spitzenplatz als Infrastrukturfundament für die neue ITK-Welt. Hans Lackner* vergleicht die verschiedenen Techniken auf ihr Einsatzpotenzial.

In der Kommunikationstechnologie zählt vielleicht mehr noch als in europäischen Adelsgeschlechtern die Herkunft. Entscheidet sie doch über die "Erbanlagen" und damit über die grundsätzlichen Möglichkeiten und die Ausbaubarkeit von Verfahren. Ethernet als Datenspezialist mit Sprachambitionen, SDH (Synchronous Digital Hierarchy) auf dem Weg von der Sprach- zur Datenübertragung und der von vornherein als Integrationslösung konzipierte Asynchronous Transfer Mode (ATM) bringen denn auch unterschiedliche Voraussetzungen für die Realisierung zukunftsfähiger Netzwerklösungen mit.

Triumvirat mit unterschiedlichen StärkenWer diese drei Technologien hinsichtlich ihrer Eignung für künftige Netzstrukturen bewerten will, muss die Aspekte Ausdehnung, Übertragungsleistung, Qualitätsgarantie und Unterstützung der Konvergenz berücksichtigen. Durch Ethernet kam die Ausdehnungsbeschränkung ins Spiel. Denn Ethernet war (zunächst) auf Grund des Kollisionsverfahrens CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) nicht in der Lage, beliebig große Areale abzudecken. Deshalb bezeichnete man auch den Bereich, in dem man mit Ethernet-Technologie arbeitete, als LAN (Local Area Network).

Diese lokalen Grenzen hat das 10-Gbit/s-Ethernet überwunden und das WAN rückte insbesondere in Hinblick auf das Internet in greifbare Nähe. Die 1998 verabschiedete Norm IEEE 802.3x definierte ein neues Verfahren, "Voll-Duplex", das keine Unterstützung mehr für CSMA/CD enthält und somit auch nicht den dort vorgegebenen Ausdehnungsbeschränkungen unterliegt.

Bei SDH mit seinem Anspruch als Trägersystem für weltweite Kommunikation durfte es natürlich keinerlei Ausdehnungsbeschränkungen geben. Allerdings sind hier lediglich Punkt-zu-Punkt-Verbindungen definiert. Es existiert keine Vermittlungstechnik und keine für den LAN-Einsatz bedeutende Broadcast-Funktion.

ATM wiederum wurde für einfache Adaptierbarkeit an unterschiedliche physikalische Gegebenheiten entworfen. So existieren Interfaces für lokale Applikationen wie die 25,6-Mbit/s-Schnittstelle oder eine 155-Mbit/s-Schnittstelle über Kupfer. Größere Entfernungen überbrücken EinPhasen-Glasfasern. Eine Ausdehnungsbeschränkung aufgrund der Technologie gibt es weder in ATM noch in SDH.

Das Angebot an Übertragungsleistung kann man heute - unabhängig von der jeweiligen Technologie - sicherlich als exzellent bezeichnen - auch ohne Glasfaser. Mit Kupferkabeln lassen sich im Anschlussbereich (100 Meter, Cat. 5) Transferraten bis 1 Gbit/s erreichen. Selbst über größere Entfernungen und einfache Kabel stehen heute etwa in Ortsnetzen ("letzte Meile") bis zu 8 Mbit/s zur Verfügung. Allerdings gilt es im Ethernet-Umfeld eine Einschränkung zu treffen. Während der Übergang zu SDH-Übertragungsleistungen im Backbone-Bereich möglich sein wird, fehlt im eigentlichen Zugriffsbereich (Access) die Unterstützung der neuen Techniken wie DSL (Digital Subscriber Line) mit ihren hohen Transferraten.

SDH stellt Übertragungsleistungen zur Verfügung, wie man sie für die Sprachbündelung benötigt. Die Basisrate für SDH ist 155 Mbit/s. Für Sonet, der amerikanischen Variante, liegt sie bei 52 Mbit/s. Aufbauend auf diesen Transferraten entsteht die nach oben offene digitale Hierarchie. In diese Entwicklung geht auch das Verfahren Wavelength Division Multiplex (WDM) ein, das in einer Glasfaser mehrere Kanäle in verschiedenen Wellenlängen (Farben) ermöglicht. Daher darf man an dieser Stelle mit einem besonders rasanten Wachstum der Transferleistungen rechnen.

Zugangsgeschwindigkeiten werden mit anderen Verfahren realisiert, beispielsweise 2 Mbit/s mit dem PDH-Verfahren. Als integrative Technik bringt ATM sowohl im Backbone- als auch im Zugangsbereich hohe Geschwindigkeiten. Von 2 Mbit/s bis 10 Gbit/s stehen viele Abstufungen zur Verfügung. Die für Backbones genannten Höchstlängen sind Mindestanforderungen der Telekom, technisch lassen sich heute Entfernungen bis zu 100 Kilometer bewerkstelligen. Im Access-Bereich unterstützen ADSL, E1 und T1 die einfachen Telefonleitungen.

Ein beliebtes Mittel, um die Leistungsfähigkeit von Netzen zu steigern, ist der Ausbau der vorhandenen Technik. Er ist allerdings nicht immer leicht zu beherrschen, wie sich insbesondere am immer wieder als einfach bezeichneten Ethernet zeigt. Aufgrund der Längenbeschränkung hängt die mit Gigabit-Ethernet zu erzielende Leistungssteigerung beispielsweise von der Paketlänge ab. Noch komplizierter gestaltet sich die Durchsatzbetrachtung bei geswitchtem Ethernet. Symmetrische Kommunikationsstrukturen ermöglichen theoretisch im Halb-Duplex-Switch mit p Ports Performance-Verbesserungen auf das p/2-fache beziehungsweise beim Voll-Duplex auf das p-fache.

Den typischen Client-Server-Verkehr, bei dem alle Clients ausschließlich mit einem (oder einigen wenigen) Server(n) kommunizieren, kann man über diese Symmetrie kaum realisieren. Eine Leistungssteigerung durch einen Switch lässt sich in diesem Fall nur erreichen, wenn der Server über höhere Übertragungsleistungen angeschlossen ist. Bei geswitchtem Gigabit-Ethernet hat zusätzlich noch die Paketlänge einen Einfluss. Entsprechend sorgfältig muss folglich die Planung erfolgen, soll der erhoffte Leistungsgewinn tatsächlich eintreten.

Sehr viel einfacher ist die Leistungsbetrachtung bei SDH. Dieses Verfahren liefert Kanäle mit konstanten Bitraten. Die notwendige Netzstruktur lässt sich aus dem Bandbreitenbedarf ermitteln. Hier muss man allerdings den Fehlerfall mit ins Kalkül ziehen, denn bei Ausfall einer Strecke oder eines Knotens steht nur noch die Hälfte der Kapazität zur Verfügung.

Auch bei ATM ist die Leistungsbetrachtung einfacher als bei Ethernet. Es gibt nur den Voll-Duplex-Modus und keine längenabhängigen Leistungseinschränkungen. Der entlang einer Strecke benötigte Bedarf an Transferleistung lässt sich aus der Menge der Verbindungen errechnen. Die Technologie erlaubt es, zusätzliche Kapazität sowohl durch Mikro-Skalierung (Parallelschalten von Leitungen) als auch durch Verwendung höherer Übertragungsraten zur Verfügung zu stellen.

Mit der Performance-Betrachtung geht insbesondere bei multimedialen Anwendungen die Forderung nach überprüfbarer Dienstgüte einher. Auch hier lassen sich große Unterschiede bei den Technologien feststellen. Die Ethernet-Philosophie lautet in diesem Punkt simpel: "Leistung satt". Wenn nur genügend Kapazität zur Verfügung steht, kann jeder Benutzer bedient werden. Will man Leistungsgüten garantieren, muss die Ethernet-Technologie passen. Ansätze, QoS (Quality of Service) zu integrieren, sind bislang stets gescheitert.

Das SDH-Verfahren hingegen garantiert einem Benutzer genau die Transferleistung, die er zugeteilt bekommen hat - auch bei extrem empfindlichen Anwendungen. ATM unterscheidet sich von beiden anderen Ansätzen dadurch, dass sich die gewünschte Dienstgüte anhand verschiedener Parameter einstellen lässt.

Besondere Bedeutung hat die QoS-Debatte im Zuge der Diskussion um die Konvergenz der Daten- und Sprachnetze. Ethernet setzt hier voll auf die Schiene einer neuen Sprachwelt unter dem Begriff VoIP (Voice over IP). Die Grundannahme dabei: Sprache lässt sich genau wie Daten asynchron in Paketen übertragen. Nicht nur die Verfechter des aus der Telefonwelt stammenden SDH jedoch bemängeln die mit dem VoIP-Verfahren erzielbare Qualität.

Bei ATM handelt es sich ebenfalls um ein asynchrones Verfahren. Die Sprachübertragung von VoIP im Ethernet-Sinne ist also direkt möglich. Allerdings enthält ATM auch Mechanismen, um die Sprache im SDH-Sinne zu transportieren. Unter den Namen CES (Circuit Emulation Service) und LLT (Landline Trunking) hat das ATM-Forum Verfahren zur direkten Kopplung von ISDN definiert. Solche Verfahren sind mit Ethernet nicht denkbar.

ATM am besten geeignetVor diesem Hintergrund muss man den Einsatz von Ethernet als alleinige Basis für das Netzwerk, wie ihn derzeit die Marketingabteilungen einschlägiger Hersteller propagieren, zumindest mit Vorsicht betrachten. Vor der Eroberung der von Analysten geforderten "wiederverwendbaren" Netzinfrastrukturen einschließlich der WANs sind noch viele Fragen zu klären - etwa die nach der Dienstegarantie, der Sicherheit von Voll-Duplex ohne Flusskontrolle und der Sprachqualität.

SDH deckt nur die physikalische Ebene ab. Es sind in jedem Fall zusätzliche Link-(Ebene-2-)Protokolle erforderlich. Ob das ein einfaches PPP (Point-to-Point Protocol) oder ATM ist, spielt letztlich keine Rolle. So bleibt abschließend festzustellen, dass ATM derzeit das Verfahren ist, das den Forderungen nach Wiederverwendbarkeit, Skalierbarkeit und einfache Adaptierbarkeit von Netzinfrastrukturen am besten gerecht wird.

*Hans Lackner ist Geschäftsführer der Qoscom in Stutensee.

Abb.1: SONET/SDH-Bandbreiten

Basis-Bandbreite für SDH ist 155 Mbit/s., für die amerikanische Variante SONET sind es 52 Mbit/s. Aufbauend auf diesen Bandbreiten entsteht die nach oben offene digitale Hierarchie. Quelle: Lackner

Abb.2: Die Ethernet-Performance

Kein einfaches Unterfangen - die Berechnung der tatsächlichen Ethernet-Performance. Quelle: Lackner