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16.08.1996 - 

WAN-Übertragungstechnik/Voller Datendurchsatz voraus

Spitzenlasten verdaut Frame Relay ohne große Probleme

Goldene Jahre prophezeien die Marktforscher von Vertical Systems den Frame-Relay-Herstellern. Ihren Prognosen zufolge verfünffacht sich der Umsatz mit Frame-Relay-Produkten weltweit von 1995 bis 1998 auf 2,5 Milliarden Dollar. Eine Expan- sion, die nicht nur in den USA greift. Wurden in Europa laut Dataquest im Jahr 1994 nur 38 Millionen Dollar mit Frame-Relay-Produkten und -Diensten umgesetzt, so sollen es 1998 bereits mehr als 1,1 Milliarden Dollar sein. Eine Einschätzung, die sich auch mit den Erkenntnissen der IDC deckt. Anke Hoffmann, Information Research Analyst bei der IDC Deutschland GmbH in Kronberg, geht davon aus, daß 1998 insgesamt 20 Prozent aller Umsätze mit Frame-Relay-Produkten und -Diensten in Westeuropa generiert werden.

Vor allem bisherige X.25-Anwender sollen künftig verstärkt auf die durchsatzstärkeren und kostengünstigeren Frame-Relay-Verbindungen umsteigen. Zudem hat Frame Relay in den Augen der Auguren das Potential, zum Konkurrenten für ISDN zu avancieren. Wo die Trennlinie der Anwendungswelten von ISDN und Frame Relay verläuft, erklärt Michael Müller, DV-Leiter bei der PA Consulting Group in Frankfurt: "ISDN überzeugt durch relativ einfache Konfiguration und Administration bei kleineren WAN-Installationen und ist sinnvoll, wenn die Verbindungen nur sporadisch mit Datenverkehr belegt werden." Bei mehreren Anschlußpunkten, größeren Übertragungsmengen und längeren Verbindungszeiten bietet für Müller das vermaschte Frame-Relay-Netz die besseren Kommunikationsperspektiven.

Die Erklärung dafür ist einfach: Bei ISDN handelt es sich um Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, die man im Unternehmen in der Regel sternförmig organisiert. Damit steigt aber auch mit jeder Niederlassung, die eingebunden wird, der Kostenaufwand für die Infrastruktur sowie der Administrationsaufwand in der Zentrale. Zudem ballt sich zentral das Datenaufkommen. Bei mehr als drei Stunden Datenverkehr auf den einzelnen Weitverkehrsverbindungen - so die Faustregel - lohnt es sich, allmählich über Frame Relay nachzudenken.

Das in Anlehnung an X.25 entwickelte Protokoll offeriert dem Anwender einige Vorteile. So kommt das schlanke paketvermittelte Protokoll dank digitaler Übertragungstechnik ohne Fehlerbehandlungsverfahren aus. Lediglich das 2 Byte lange Feld Frame Check Sequence (FCS) am Ende des Frame-Relay-Paketes wird vom Vermittlungsknoten auf mögliche Übertragungsfehler im Datenpaket untersucht. Nicht intakte Pakete werden durch Summenbildung erkannt und daraufhin verworfen. Die Paketwiederholung selbst ist allerdings nicht Aufgabe des Frame-Relay-Protokolls, sondern wird auf höherer Protokollebene von den Endgeräten selbst initiiert.

Der Lohn dafür ist ein hoher Nettodaten-Durchsatz (geringer Steuerdatenanteil) im Frame-Relay-Netz. Zudem ist der technische Aufwand in den Vermittlungsknoten sowie in den typischen Kopplungssystemen am Frame-Relay-Netz, den Router-Systemen, geringer. Beide Systeme lassen sich meist durch ein bloßes Software-Upgrade auf Frame-Relay-Funktionalität aufrüsten. Der Nettodaten-Durchsatz im Frame-Relay-Netz ist schon deshalb besonders hoch, weil mit einem Paket bis zu 4 Kbit/s an Daten transportiert werden können. Durchsatzraten von bis zu 2 Mbit/s sind heute in Deutschland via Frame Relay realisierbar. Derzeit diskutiert das Frame-Relay-Forum bereits über Pläne, die Spezifikation bis auf 45 Mbit/s auszudehnen.

Zudem überzeugt Frame Relay durch seine Fähigkeit, sowohl für Grundlasten permanent Bandbreite zur Verfügung zu stellen als auch sporadische Höchstlasten problemlos zu verarbeiten. Alles was der Anwender dazu tun muß, ist eine sogenannte Committed Interface Rate (CIR) beim Carrier anzumieten, die etwa so groß sein sollte wie die Grundlast auf der Verbindung.

Übertragungsspitzen oberhalb der CIR werden dann meist kostenlos von den Carriern übertragen und in der Regel - solange die Frame-Relay-Netze noch so gering frequentiert sind wie heute - ohne Zeitverzug weiterverarbeitet. Damit paßt der Frame-Relay-Dienst exakt zum Verkehrsprofil lokaler Netze mit Burst-artigem Verkehrsaufkommen. Da CIRs meist in kleinen Bandbreiten-Häppchen ê 4, 8, 16 oder 32 Kbit/s angeboten werden, kann der Anwender zudem Übertragungskapazität genau nach Bedarf anmieten.

Ein zusätzlicher Nutzen von Frame Relay liegt in den virtuellen Kanälen. Über eine physikalische Multiplexer-Verbindung können mehrere logische Kanäle gleichzeitig betrieben werden. 20 bis 30 logische Kanäle über eine physikalische Verbindung sind heute keine Seltenheit mehr. Das erspart dem Anwender eine Vielzahl an physikalischen Endgeräte-Schnittstellen. Welche logische Verbindung im einzelnen geschaltet werden muß, erfährt der Frame-Relay-Vermittlungsknoten aus dem Eintrag im 2 bis 4 Byte langen Header-Feld Data Link Connection Identifier (DLCI).

Flexible Verbindungen sind nicht genormt

Die logische Verbindung selbst wird als Permanent Virtual Circuit (PVC) fest geschaltet. Der entsprechende Standard dazu wurde unter der Bezeichnung FRF.4 vom Frame Relay Forum definiert. Auf Switched Virtual Circuits (SVCs), flexibel geschaltete virtuelle Verbindungen im Frame-Relay-Netz, wird der Anwender hingegen noch einige Zeit warten müssen, denn es liegt bisher für SVCs nur ein Standard-Entwurf (Draft) vor. In Deutschland werden SVCs in proprietärer Form bisher nur von Plusnet unterstützt.

Die Anbindung an das Frame Relay erfolgt dann mit Hilfe von Routern. Diese verbinden das LAN beispielsweise über eine X.21-Schnittstelle mit dem Frame-Relay-Netz. Die Voraussetzungen, um Ebene-3-Protokolle via Frame Relay zu übertragen, sind auf jeden Fall geschaffen. So hat die Internet Engineering Task Force (IETP) mit dem RFC 1294 frühzeitig einen Standard definiert, der die Übertragung von IP-Paketen verbindlich festlegt. Zur Übertragung anderer Routing-fähiger Protokolle wie OSI, CLNP und IPX über das Frame-Relay-Netz hat die IETF als Erweiterung zum RFC 1294 den Standard RFC 1490 vorgegeben. Auch die Verarbeitung von nicht Routing-fähigen Protokollen im Bridge-Modus ist dabei berücksichtigt. RFC 1490 beinhaltet zudem Verfahren, mit denen höhere Protokolle für den Transport über das Frame-Relay-Netz gekennzeichnet werden können, um so die einzelnen Protokollverkehre im Netz überhaupt identifizieren zu können.

Mit RFC 1294 und RFC 1490 wurde darüber hinaus das Absetzen von ARP-Anforderungen (ARP = Address Resolution Protocol) festgeschrieben. Ebenso wie in lokalen Netzen kann auch im Frame Relay-Netz ARP zum Abgleich zwischen Netzwerk- und Ebene-2-Adresse eingesetzt werden. Berücksichtigt wurde dabei auch, daß im Frame-Relay-Netz der Inhalt des DLCI-Feldes in der Regel nur lokale Bedeutung hat (der Eintrag ändert sich mit jedem Passieren eines Frame-Relay-Knotens).

Für einen sanften Übergang von der LAN- in die Frame-Relay-Welt muß der Router dann nur noch die notwendige Geschwindigkeitsanpassung - beispielsweise von 10 Mbit/s (Ethernet) auf 128 Kbit/s (Frame Relay) - vornehmen. Mehr Router-Funktionalität ist gefordert, wenn einzelne Datenströme mit unterschiedlichen Prioritäten zu versehen sind, beispielsweise um im SNA-Umfeld vorgegebene Antwortzeiten einzuhalten. Ohne die rechtzeitige Anlieferung der Daten käme es ansonsten zu Sitzungsabbrüchen und damit zu Datenverlusten. Bei der Implementierung der Prioritäten-Steuerung im Router sind zwei Ansätze möglich:

-Den Protokollen werden unterschiedliche Prioritäten zugeordnet, ohne daß einzelnen Protokollen bestimmte PVCs fest zugewiesen sind. Bei dieser Implementierung reicht ein PVC für alle Protokolle aus. Öffentliche Tests haben jedoch gezeigt, daß die durch die Priorisierung erwartete Bandbreite nicht einmal annähernd erreicht wird.

-Jedem Protokoll wird ein eigener PVC zugewiesen. In diesem Fall erfolgt die Priorisierung des Protokolls auf PVC-Ebene, mit dem Resultat, daß die vorgegebene Bandbreite fast realisiert ist. Diese Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, daß sie höhere Übertragungsgebühren mit sich bringt, weil die Carrier jeden PVC gesondert berechnen.

Gerade mit Blick auf die Kosten kann es sinnvoll sein, die Anzahl der PVCs einzuschränken und nach alternativen Wegen zu suchen. Allerdings verlängert sich damit für bestimmte Übertragungsprozesse im Netz auch die Laufzeit.

Bei Routern auf deren Protokoll achten

Um das Frame-Relay-Netz nach Maß zu vermaschen, muß der Router auf jeden Fall an seiner physikalischen Schnittstelle, beispielsweise X.21, die Wegfindung zwischen virtuellen Verbindungen beherrschen. Die notwendigen Routing-Informationen werden dabei zwischen den einzelnen Subnetzen mittels Routing-Protokollen verteilt. Hier ist es wichtig, die generellen Unterschiede der einzelnen Routing-Protokolle zu kennen.

Zahlreiche Router-Systeme im Markt unterstützen die Routing-Protokolle Open Shorterst Path First (OSPF) und Integrated IS-IS (Intermedium System to Intermedium System). Diese Link-State-Routing-Protokolle bieten Vorteile im Konvergenzverhalten, beispielsweise bei Ausfall einer Verbindung. Außerdem hält sich die Netzbelastung bei Routing-Updates in Grenzen, da nur der Zustand der eigenen Leitungsverbindungen an alle Router im Netz gemeldet wird.

Auch die Routing-Protokolle Interior Gateway Routing Protocol (IGRP) und Routing Information Protocol (RIP) werden von zahlreichen Router-Systemen im Markt unterstützt. Sie arbeiten hingegen nach dem Distanz-Vektor-Prinzip. Beim Einsatz dieser Protokolle werden von jedem Router zwar sämtliche Routing-Tabellen beherrscht, aber nur an die benachbarten Router-Systeme verteilt. Während RIP die Wegentscheidung ausschließlich nach der Anzahl der zu durchlaufenden Segmente (Hop-Count) berechnet, wird bei IGRP für die Wegewahl eine Kombination aus Laufzeit, Bandbreite, Verfügbarkeit, Maximum Transfer Unit (MTU) und Auslastung berücksichtigt.

Doch um in den Genuß der Frame-Relay-Vorteile zu gelangen, muß erst einmal über eine teuere Festverbindung die Distanz zum nächsten Frame-Relay-Knoten überbrückt werden. Die Zugangsleitung sollte zumindest doppelt so groß dimensioniert sein wie die CIR für die Grundlast, um weitgehend ohne Verzögerung kommunizieren zu können. Doch genau diese Dimensionierung macht derzeit noch Probleme: Festverbindungen mit mehr als 128 Kbit/s werden von der Telekom nur im Rahmen eines TDN-Vertrages (TDN=Telekom Designed Network) angeboten. Unternehmen, die also eine hohe Bandbreite auf dem Frame-Relay-Netz benötigen, müssen der Telekom auch die Verwaltung ihres Router-Netzes übertragen. Andere Carrier bieten zwar durchsatzstärkere Zugangsverbindungen, jedoch zu einem hohen Preis, da sie trotz des Falls des Leitungsmonopols am 1. Juli 1996 bei ihrer Offerte meist auf das Leitungsangebot der Deutschen Telekom zurückgreifen und mehrere Festverbindungen via Multiplexer zusammenfassen.

So ist die maximale Geschwindigkeit im Frame-Relay-Netz von 2 Mbit/s für die meisten Unternehmen im wahrsten Sinne des Wortes bis heute nicht erreichbar. Ob Carrier wie Viag Interkom und RWE Telliance, die ihren Kunden ein eigenes Leitungsangebot anbieten werden, mit günstigeren Leitungsgebühren an dieser Situation etwas ändern können, bleibt abzuwarten.

Einen weiteren Minuspunkt verbucht das paketvermittelnde Frame-Relay-Netz in Sachen Sprach- und Videoübertragung. Frame Relay bietet nämlich keine Laufzeitgarantie, wie sie für die Übertragung von zeitkritischen Informationen wie Sprache und Video dringend erforderlich ist. Trotz zahlreicher Tests, das Frame-Relay-Protokoll auch für diese Dienste zu nutzen, zeichnet sich bis heute kein zufriedenstellendes Übertragungsergebnis ab. Das liegt daran, daß im Frame-Relay-Netz Pakete variabler Länge übertragen werden. Bei Übertragungshöchstlast geraten die Pakete an den Vermittlungsknoten ins Stocken oder werden gar verworfen. Dadurch kann es bei der Sprach- und Videoübertragung zu Verzögerungen oder Aussetzern an den Ausgabegeräten kommen.

Videoübertragung ist möglich

Anders sieht es aus, wenn Frame Relay als Zugangsprotokoll zu einem zellbasierenden Backbone - ATM oder Datex-M - genutzt wird. In dieser Kombination können auch Sprache und Video ohne spürbare Verzögerungen übertragen werden.

Eine mögliche Alternative könnte eine Produktentwicklung von BBN sein. Diese nutzt ein spezifisches IETF-Protokoll (ST-II Resource Management Multicast Protocol), um Bandbreite von einem Frame-Relay-Netz abzuzweigen und für die Sprach- oder Videoübertragung bereitzustellen. Die Anzahl der Video- oder Sprachzellen, die durch den proprietären Prozessor erzeugt wird, und damit die Bildqualität hängt von der Bandbreite der Frame-Relay-Verbindung ab. Bei 384 Kbit/s und damit maximal 30 Rahmen pro Sekunde wird jedoch nur eine bescheidene Videoqualität erreicht. Auf lange Sicht kann sich hier aber eine Entwicklung anbahnen, die in Verbindung mit einer höheren Bandbreite zu einer besseren Lösung führen könnte.

Bis dahin wird es aber noch einige Zeit dauern. Denn welcher Anwender will heute schon für eine CIR zahlen, die den maximalen Bandbreitenbedarf beispielsweise der Videoübertragung deckt, damit es zu keiner Zeit an den Endgeräten zu Bildaussetzern kommt. Zudem müssen in der Kombina- tion von Frame Relay mit einem zellbasierenden Backbone kleine Zellen (bei Stratacom 23 Bytes) statt langer Pakete variablen Umfangs zum Einsatz kommen. Das Verhältnis von Steuer- zu Nutzdaten ist entsprechend schlecht. Darüber hinaus steht bis heute noch ein Standard für die zellenorientierte Übertragung via Frame Relay aus, ebenso wie ein Standard zur Datenflußkontrolle.

Angeklickt

Bei einem hohen permanenten Datenverkehr lohnt es sich häufig, ISDN-Verbindungen durch Frame Relay abzulösen. Das Protokoll überzeugt durch variable Bandbreiten-Ausnutzung. So transportierten derartige Installationen hierzulande Daten mit einer Rate von 2 Mbit/s, aber auch Übertragungsspitzen zwingen Frame Relay nicht in die Knie. Dieses Verkehrsprofil ist prädestiniert dafür, die Burst- artige LAN-Kommunikation zu transportieren.

*Hadi Stiel ist freier Journalist in Bad Camberg.