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13.03.1992 - 

Schnelle Übertragungsprotokolle sind auf dem Vormarsch

Telekom-Netz: Geschwindigkeit mittels Frame Relay und FDDI

Die Zunahme unternehmensübergreifender Kommunikation stellt die Telekom mit ihren klassischen Übertragungswegen vor neue Herausforderungen. Das deutsche Postunternehmen wird nach Auffassung von Hans-Dieter Stiel* nicht umhin können, sein DFÜ-Angebot für Hochgeschwindigkeitsprotokolle wie FDDI, Frame Relay und Switched Multi-Megabit Data Services SDMS zugänglich zu machen und auf diese Weise mit dazu beizutragen, neue Übertragungstechniken zu forcieren.

Noch vor wenigen Jahren bestimmte der zentrale Rechner mit starren Terminalverbindungen die DV-Struktur in den Unternehmen. Eine abteilungsinterne Bearbeitung von Daten war, wenn überhaupt, lediglich als Insellösung realisiert. Die Integration von Teilnetzen und die Erweiterung der DV zu einem übergreifenden Kommunikationsverbund markierten die gegenwärtige Etappe der Umstrukturierung in den Unternehmen.

Mit dem Trend zu Wide Area Networks (WANS) wird jetzt noch ein Schritt hin zur modernen Datenkommunikation eingeleitet: nämlich der Einsatz von Hochgeschwindigkeitsprotokollen wie Frame Relay, MAN 802.6 (DQDB), SMDS und FDDI. Wofür stehen diese neuen Begriffe, die seit einiger Zeit verstärkt in der Berichterstattung der DV-Fachpresse eine Rolle spielen? Wie ist es um den Derzeitigen Stand der Telekom-Übertragungswege bestellt und welches Potential werden die neuen Übertragungsverfahren künftig dem Anwender bieten können?

Grundsätzlich stellt die Telekom zwei Leitungsarten zur Verfügung: die Stand- und die Wählleitung. Standleitungen ihre neue Bezeichnung lautet: Direkt-Daten-Verbindungen stehen als langsame Variante mit 1200 Baud bis 9600 Baud, als mittlere Variante mit 64 KBaud sowie als schnelle Datenstrecke mit 1,92 Mbaud zur Verfügung. Eine E1-Verbindung mit 1,92 Mbaud ist ebenfalls in Betrieb. Leider kann der Anwender sie nur in voller Bandbreite nutzen, das heißt, er kann keine Teil-Bandbreite der E1-Leitung mieten.

Darüber hinaus bietet die Telekom Leitungen mit 128256 Baud und 512000 Baud an. Sogar eine Leitung mit 34 MBaud Bandbreite steht mittlerweile zur Verfügung. Die Kosten dafür dürfte jedoch derzeit kaum ein Unternehmen zu tragen bereit sein.

Eines jedoch haben alle diese Standleitungen gemeinsam: Gezahlt wird, rund um die Uhr, auch wenn keine Daten übertragen werden. Da hingegen in einem LAN-Verbund das Datenaufkommen meist sporadisch auftritt, macht die Standleitung, insbesondere aus Kostengründen, wenig Sinn.

Das Wählnetz ist daher zunächst die bessere Übertragungsalternative, denn der Anwender zahlt nur für die Zeit, in der Daten übertragen werden - wären da nicht andere Restriktionen, etwa das leitungsvermittelnde Datex-L mit der zu spezifischen Wählprozedur X.21 und der mangelnden Unterstützung für Brücken und Router. Vor allem ISDN scheint in dieser Hinsicht der weitaus bessere Übertragungsweg zu sein, es ist jedoch derzeit in Deutschland noch nicht flächendeckend verfügbar.

Zudem können im ISDN in einem 64-K-Baud-Kanal nur zwei Kommunikationspartner Informationen austauschen. Sollen von mehreren entfernten Orten aus gleichzeitig Daten an die Zentrale übermittelt werden, sind entsprechend viele ISDN- Basisanschlüsse erforderlich. Darüber hinaus ist die Unterstützung von herstellerspezifischen Endgeräten im ISDN derzeit noch unbefriedigend. Dies könnte sich allerdings durch private Herstellerinitiativen bald ändern: Die Ankündigung der Cisco Systems Inc., ISDN im vollen Umfang in den Cisco-Router-Systemen zu implementieren, dürfte der ISDN-Übertragung wesentliche Impulse verleihen.

Bleibt noch Datex-P mit dem X.25-Protokoll als Übertragungsalternative, die aufgrund erschwinglicher Mietpreise und variierbarer Geschwindigkeiten von den meisten Anwendern genutzt wird. Nachteile entstehen hier allerdings durch das Geschwindigkeitslimit von 64 KBaud und die durch das X.25-Protokoll bedingte Laufzeitverzögerung im Endgerät.

Auf den bundesdeutschen Übertragungswegen wird es also langsam eng. Neue Hochgeschwindigkeitsprotokolle braucht das Land, die die Kommunikation zwischen LANs auf Trab bringen! Diese neue Herausforderung haben vor allem private Anbieter wie Entwickler von Multiplexern, Internetzsystemen und Switch-Elementen erkannt und dazu bewegt, ihrerseits die Initiative im Übertragungsgeschäft zu ergreifen. Hochgeschwindigkeitsprotokolle und -verfahren wie Frame Relay, MAN 802.6 (DQDB), SMDS, Fast Packet Multiplexing und FDDI sind ihre Antwort auf die künftigen Kommunikationsanforderungen.

LAN-Protokolle auch auf den Weitverkehrsstrecken einzusetzen war von vornherein keine zukunftsträchtige Alternative. Zu sehr ist die Konzeption von Protokollen wie Ethernet (10 Mbaud) und Token Ring (4 MBaud und 16 MBaud) auf den lokalen Betrieb ausgelegt. Konsequenz: Der Aufwand an Steuerungsdaten pro Paket ist beachtlich. Das Verhältnis von Nutzzu Transferdaten kann bei einzelnen Protokollen drastische Ausmaße annehmen, beim TCP/IP-Dienst Telnet beispielsweise beträgt das Mißverhältnis im ungünstigsten Fall 1:64. Ein Byte an Nutzdaten muß in diesem Fall in einem 64 Byte langen Paket übertragen werden.

Ein Hochgeschwindigkeitsverfahren, das schnellen Datentransfer und geringen Steuerungsaufwand gleichermaßen realisiert, ist Frame Relay. Was verbirgt sich hinter diesem neuen Protokoll? Frame Relay nutzt die günstigen Eigenschaften des X.25-Protokolls: Parallele Nutzung des Übertragungsweges durch viele Anwender, Zuordnung der Bandbreite nur bei Bedarf und geringe Laufzeit durch schnelle Bearbeitung der Daten in den Vermittlungsrechnern. Möglich wird diese geringe Bearbeitungsdauer erst durch die neuen digitalen Übertragungswege.

Moderne Netze der PTTs basieren heute auf digitaler Technik und Lichtwellenleitern als Übertragungswegen. Diese Leitungen haben sehr geringe Fehlerraten und machen daher eine Fehlerkorrektur wie im X.25-Protokoll überflüssig. Zudem ist die Fehleranfälligkeit auf herkömmlichen analogen X.25-Leitungen lange überschätzt worden - übervorsichtig wurde jedes Datenpaket mehrfach auf Übertragungsfehler geprüft und vielfache Vorkehrungen zur Blockwiederholung getroffen.

Um diese Erfahrungen reicher, haben sich die Entwickler bei Frame Relay aufwendige Prüfmechanismen erspart und die reduzierte Kontrolle weitgehend an die Endgeräte delegiert. Dadurch werden vor allem die Vermittlungsrechner erheblich entlastet. Die Summe aller Veränderungen beschleunigten den Frame-Relay-Transfer auf ein Vielfaches der X.25-Übertragung. Da die lokale Verarbeitung der Daten weitgehend entfällt, wird zudem der Aufwand an teurer Hard- und Software drastisch reduziert.

Frame Relay eignet sich darüber hinaus nicht nur als Übertragungsprotokoll für die öffentliche Leitungen. Auch im privaten Netz kann das Protokoll die Übertragung erheblich beschleunigen. Voraussetzung für den privaten Einsatz ist eine entsprechende DCE (Data Communication Environment), beispielsweise ein Vermittlungsrechner, der die Funktionalität des Telekom-Netzes herstellt.

Frame-Relay-Switches mit Geschwindigkeiten wie TI (1544 MBaud) und EI (2048 MBaud) kommen heute bereits zum Einsatz. Mittlerweile sind Router-Systeme sogar in der Lage, das Frame-Relay-Protokoll bis zur E3-Geschwindigkeit von 34 Mbaud zu nutzen - ein Hochgeschwindigkeitsbereich, der bisher der Klasse der Time-Domain-Multiplexer (TDM) vorbehalten war. TDMs arbeiten jedoch rund um die Uhr mit einer festen Zuordnung an Bandbreite, unabhängig davon, ob Daten zu übertragen sind oder nicht. Damit sind sie schon aus Kostengründen keine ernsthafte Konkurrenz für Frame Relay.

Frame Relay ist mittlerweile in vielen Multiplexer-Systemen und Vermittlungsrechnern implementiert. Die Telekom plant erste Pilotversuche in Verbindung mit Universitäten und Anbietern von Vermittlungsrechnern. Ziel dieser Versuche ist es, einen Vergleich zu X.25-Systemen mit 2-MBaud-Leitungen durchzufahren und Durchsatzbeziehungsweise Laufzeitmessungen vorzunehmen.

Die Hersteller haben eine Leitlinie geschaffen

Obwohl Frame Relay bisher noch nicht in allen Details normiert wurde, kann der Anwender davon ausgehen, daß die angebotenen Systeme zueinander kompatibel sind. Eine Gruppe von Herstellern hat mittlerweile einen gemeinsamen Entwurf vorgelegt und eine allgemeingültige Leitlinie geschaffen. Zu diesen Firmen gehören unter anderem Cisco Systems (Marktführer im Router-Bereich), Northern Telecom (X.25-Vermittler), Digital Equipment und Stratacom (Multiplexer). Zu dieser Gruppe haben sich mittlerweile weitere Hersteller gesellt und damit den Standardisierungsprozeß vorangetrieben.

Neben diesen Empfehlungen hat bereits CCITT Normen für die paketorientierte Datenübertragung geschaffen, die jetzt als Basis für Frame Relay dienen. Dazu zählen unter anderem MAN 802.6 als schneller Übertragungsweg für Daten, Bild und Sprache sowie MAN IEEF, 802.6, aus der die australische Entwicklung DQDB (Dual Queued Distributed Bus) hervorgegangen ist. MAN 802.6 zielt in die gleiche Richtung wie Frame Relay: größere Geschwindigkeit und eine bessere Nutzung der Bandbreite.

Ein wesentlicher Unterschied ist jedoch die Möglichkeit, neben dem Datentransfer gleichzeitig auch den Transport von Sprache und Bildern zu bewerkstelligen. Was sich bei der Entwicklung von Frame Relay noch als ideale Voraussetzung für die Datenübertragung erwiesen hatte - variable Blocklängen und ein statistisches Verfahren für die Zuteilung von Bandbreiten -, war für sie Sprachübertragung kaum geeignet definierte Laufzeiten und einen gleichmäßigen Fluß an Informationen.

Beispiel: Tritt während der Sprachkommunikation ein plötzlicher Datenabfall zwischen LANs ein, hat dies erhebliche Auswirkungen auf die Sprachübertragung, da es eine inakzeptable Sprachqualität nach sich zieht. In diesem Fall ist ein System erforderlich, das feste Intervalle für die Sprachübertragung vorsieht. MAN 802.6 ist ein solches System. Es besteht aus zwei gegenläufigen Bussen, die beide im Zugriff der Endgeräte sieben. Ein Zentralsystem erzeugt einzelne Zellen, die über den Bus auf die Reise geschickt werden.

Diese Zellen stellt man sich am besten als Container vor, die leer von dem zentralen System losgeschickt werden. Der Container kann als Sprach- oder Datencontainer markiert sein. Die Strukturierung in Container führt zu einem gleichmäßigen Datenfluß, wie er für die Sprachübertragung erforderlich ist. Der Zugriff auf eine Zelle erfolgt nach einem Protokoll. Damit wird verhindert, daß ein Teilnehmer den Datenkanal dominieren kann. Der Datentransport erfolgt dabei je nach Richtung des Austausches über den "Upstream"- oder "Downstream"-Kanal. Die Geschwindigkeiten, die sich per MAN 802.6 realisieren lassen, beginnen bei 34 MBaud. In Zukunft dürften jedoch Geschwindigkeiten bis zu 600 MBaud zu erzielen sein.

Auch Metropolitan Area Networks als Infrastruktur wollen künftig die nationalen PTTs zur Verfügung stellen. In Deutschland sind bereits zwei Pilotinstallationen im Betrieb: in Stuttgart unter der Federführung von SEL/Alcatel sowie in München von Siemens. Beide Firmen haben sich die DQDB-Technologie von QPSX - dem australischen Entwickler - lizenzieren lassen. Bis diese Technik in der Breite verfügbar sein wird, dürfte allerdings noch einige Zeit ins Land gehen.

Bisher sind erst wenige Endgeräte auf dem Markt, die mit Schnittstellen für den direkten MAN-Anschluß nach IEEE 802.6 ausgerüstet sind. Im Bereich der Internetworking-Systeme bieten Cisco Systems und Proteon bereits Interface-Karten an, wobei nur die Router-Systeme von Cisco Systems den erforderlichen schnellen Paketdurchsatz realisieren (60000 Pakete pro Sekunde). Lokale Anbindungen werden in den Pilotinstallationen hingegen durch Brücken bewerkstelligt.

Leider sind die Durchsatzraten dieser integrierten Brücken weit unter dem Geschwindigkeitslimit und erweisen sich daher als Nadelöhr auf dem Transportweg. In den USA hat man bereits mehr Erfahrungen mit der MAN-Technik gesammelt, die dort von der Belcore Inc. zu SMDS weiterentwickelt wurde und bereits in mehreren US-Netzen implementiert worden ist.

Mit stetig expandierenden Unternehmensnetzen wird der Einsatz von modernen Hochgeschwindigkeits-Protokollen auf den öffentlichen Strecken über kurz oder lang unumgänglich sein. Bevor jedoch die schnellen Protokolle endgültig zum Zuge kommen, hat sich die Telekom für die Zwischenlösung FDDI entschieden. Das 100 MBaud schnelle FDDI, ein Protokoll, das eigentlich für den LAN-Einsatz konzipiert wurde, leistet hier zweifellos auch hervorragende Dienste, insbesondere dann, wenn es um die Übertragung aufwendiger CAD/CAM- und grafischer Datenbestände sowie um die Abwicklung des LAN-zu-LAN-Verkehrs geht.

Die mögliche Distanz zwischen FDDI-Knoten (zwei Kilometer bei Gradientenfasern und 40 Kilometer bei Monomodefasern) mag im LAN ein erhebliches Plus sein. In WANs jedoch können diese Limits künftig eine erhebliche Restriktion darstellen. Auch hinsichtlich der maximalen Ausdehnung eines WANs setzt FDDI enge Grenzen: Hier bleibt die gesamte Ausdehnung des Netzes auf 100 Kilometer begrenzt. Für die parallele Bild- und Sprachübertragung ist FDDI ebenfalls nicht geeignet, da das Protokoll ausschließlich Daten überträgt.

Ein Schritt in die richtige Richtung

Zwar haben die Entwickler mit FDDI II, das die gleichzeitige Übertragung von Bild und Sprache gewährleisten soll, bereits wesentliche Vorarbeit geleistet. Derzeit stagniert jedoch die Entwicklung, und es ist nicht abzusehen, ob daraus wirklich ein Standard wird. Die Entscheidung der Telekom für FDDI ist aber in jedem Fall ein Schritt in die richtige Richtung, weil sie dem Anwender einen längst fälligen schnellen Kommunikationsweg eröffnet.

Die Telekom übernimmt darüber hinaus bei den FDDI-Netzen die Gesamtverantwortung. Angefangen vom Glasfaserkabel bis hin zu Router-Systemen für die Anbindung von LANs und dem Service beim späteren Betrieb, wird die Telekom die Sicherheit des Übertragungsnetzes gewährleisten. Damit können auch Anwender angesprochen werden, die nicht auf entsprechende große personelle und technische Ressourcen zurückgreifen können.

Die Übertragungswege der Telekom werden mit der weiteren Expansion von Netzwerken zusehends in den Vordergrund der Datenübermittlung rücken. Hochgeschwindigkeits-Protokolle wie Frame Relay, DQDB und FDDI nehmen diese Entwicklung vorweg. Viel Zeit für den Einsatz der schnellen Protokolle bleibt nicht mehr - eine Tatsache, die von privaten Entwicklern frühzeitig und zunehmend auch von den nationalen PTTs erkannt wurde. Je eher national über die Kostenstruktur der Telekom-Dienste nachgedacht wird, um so schneller werden die neuen Übertragungstechniken den notwendigen Rückenwind erhalten.