next up previous contents
Next: 3 VLANs - Virtuelle Up: Management von ATM-Netzen und Previous: 1 Einleitung

Subsections

2 ATM - Asynchronous Transfer Mode

2.1 Überblick

2.1.1 Globaler Überblick


  
Folie 7: Globaler Überblick über ATM
\begin{figure} % latex2html id marker 1823 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieUeberblickueberATMI}}} \end{figure}

ATM ist eine Netztechnologie, die alle oben genannten Anforderungen erfüllen will. ATM geht insbesondere von zwei Grundannahmen aus:

Diese Überlegungen haben zur Entwicklung von ATM geführt. ATM hat die oben angegebenen Eckdaten.

Bedeutung für das Management:

Weitergehende Literatur: Es gibt sehr viel einführende Literatur in ATM. Einige empfehlenswerte Dokumente sind:

Natürlich finden sich auch in der Standard-Netzwerke-Literatur wie [Tan96], [Sie96] oder [Hal95] entsprechende ATM-Kapitel.

2.1.2 Realisierung


  
Folie 8: Technischer Überblick über ATM
\begin{figure} % latex2html id marker 1849 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieUeberblickueberATMII}}} \end{figure}

Bedeutung für das Management:

2.1.3 ATM-Vision


  
Folie 9: Die ATM Vision
\begin{figure} % latex2html id marker 1864 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieATMVision}}} \end{figure}

Die ATM-Vision sieht so aus, daß alle Endgeräte direkt ATM unterstützen, und ATM durchgängig bis zu jedem anderen Endgerät benutzt wird. Dabei werden verschiedenste Dienste wie Sprache, Daten oder Videodaten unterstützt.

2.1.4 Abgrenzung zu anderen Netztechnologien


  
Folie 10: Netztechnologien im Vergleich
\begin{figure} % latex2html id marker 1875 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\inc... ...aphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieNetztechnologienimVergleich}}} \end{figure}

Diese Folie zeigt ATM im Vergleich mit verschiedenen anderen Netztechnologien. Auffällig ist, daß ATM ein sehr breites Spektrum abdeckt, es kann vom lokalen Bereich bis zum Weitverkehrsbereich eingesetzt werden. ATM ist, anders als alle anderen üblichen Übertragungstechniken, sowohl für die Übertragung von Audio, als auch für Video geeignet. Nachteilig für ATM sind die noch immer recht hohen Kosten im Vergleich mit anderen Netztechnologien.

Weitergehende Literatur: [SHK+97, Seite 12]

2.1.5 Standardisierung


  
Folie 11: ATM Standardisierungs-Gremien
\begin{figure} % latex2html id marker 1889 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieStandardisierungsgremien}}} \end{figure}

Standards sind der ``Kleber'', der es ermöglicht, daß Geräte verschiedener Hersteller miteinander benutzt werden können.

Ursprünglich wurde ATM aufgrund einer Initiative verschiedener Telefongesellschaften entwickelt. Inzwischen ist der weitaus dynamischere LAN-Bereich in vielen Gebieten federführend. Insbesondere das ATM-Forum (1991 gegründet), ein Konsortium aus Rechner- und Netzherstellern, Anwendern und Forschungsinstituten, ist im Bereich der lokalen Netze aktiv. Es hat sich zum Ziel gesetzt, die Akzeptanz von ATM-Produkten sowohl im LAN-, als auch WAN-Bereich zu beschleunigen.

Folgende Gremien sind an der Standardisierung von ATM beteiligt:

Die Entwicklung von ATM wurde Anfang der 80er Jahre begonnen, 1988 wurde ATM als Grundlage für das B(reitband)-ISDN gewählt. Viele der ATM-Eigenschaften stammen aus Standards des Telekommunikationsbereiches, wie auch oft an der Terminologie klar wird. Beispiele:

Im produktiven Einsatz in kleinen Netzen ist ATM erst seit 1994, in größeren Netzen wird ATM erst seit ungefähr 1996 eingesetzt. Ein Beispiel für ein größeres Netz, welches auf ATM-Technologie aufbaut, ist das DFN, das Deutsche Forschungs-Netz.

Bedeutung für das Management:

Weitergehende Literatur:

2.2 Technik

2.2.1 Das ATM-Referenzmodell


  
Folie 12: Das ATM-Referenzmodell
\begin{figure} % latex2html id marker 1913 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieATMReferenzmodell}}} \end{figure}

Die konzeptionelle Grundlage für ATM ist das oben angegebene Referenzmodell von Breitband-ISDN. Der ``ATM-Referenz-Würfel'' besteht aus drei Ebenen, der Nutzerebene, der Steuerungsebene und der Managementebene, sowie drei Schichten, der physikalischen Schicht, der ATM-Schicht und der ATM-Adaptionsschicht.

Die Daten der höheren Schichten (Anwendungen oder Steuerungsinformationen, wie z.B. Signalisierungsinformationen) werden über eine Adaptionsschicht auf ATM-Zellen abgebildet. Für verschiedene Anforderungen, die in Klassen eingeteilt werden (s.u.) wurden verschiedene Diensttypen definiert (ATM Adaption Layer).

Der Transport von Zellen kann über verschiedene physikalische Medien geschehen.

Die Aufgaben der Schichten im einzelnen:

AAL-Schicht:
Aufgeteilt in Convergence Sublayer , CS (Konvergenzschicht), sowie Segmentation and Reassembly , SAR, sorgt für die Aufteilung der Daten aus den höheren Schichten auf ATM-Zellen, bzw. baut diese wieder zusammen, und achtet ggf. auf Fehler, Zeitanforderungen, etc.
ATM-Schicht:
Die ATM-Schicht sorgt für die Generierung der Zellen, das Zellen-Multiplexing bzw. De-Multiplexing, die korrekte Weiterleitung der ATM-Zellen (das eigentliche switchen), und führt eine allgemeine Flußsteuerung durch. Die Reihenfolge von Zellen wird garantiert eingehalten.
Physikalische Schicht:
Die physikalische Schicht ist aufgeteilt in zwei Unterschichten, transmission convergence , TC, und physical media dependent , PMD. Erstere sorgt für die Zellratenentkopplung (ggf. durch das Einfügen von Leerzellen), die Generierung/Überprüfung des Prüfsummenteils des Kopfes einer ATM-Zelle, die Zellgrenzenerkennung, sowie ggf. die Anpassung bzw. Erstellung der Übertragungsrahmen. Die PMD sorgt für das Bit-timing und definiert das physische Medium. Es sind eine Vielzahl verschiedener physikalischer Übertragungsmedien definiert. Wichtig dabei ist, das Standards für das Transportieren von ATM-Zellen über die Übertragungsrahmen bestehender Netzwerkübertragungstechniken wie SDH/SONET, aber auch über andere Protokolle, z.B. DQDB-Netze und DATEX-M definiert sind.

Zu den drei oben beschriebenen Schichten liegen orthogonal verschiedene Ebenen. Diese definieren unterschiedliche Funktionsbereiche:

Benutzerebene:
zuständig für den normalen Datentransfer, realisiert die eigentlichen ATM-Kommunikationsdienste. Beinhaltet anwendungsbezogene Funktionen wie Flow Control und Recovery
Steuerungsebene:
umfaßt Mechanismen zur Verwaltung von ATM-Kommunikationsverbindungen zwischen Sender und Empfänger
Managementebene:
ist unterteilt in das Ebenen-Management (plane management ) und das Schichten-Management (layer management ). Das Ebenen-Management beinhaltet alle Funktionen, die das gesamte System betreffen. Das Schichten-Management beinhaltet die Operation, Administration and Maintenance (OAM) - Funktionen je Schicht (dazu mehr im Management-Abschnitt).
Durch die Trennung in die oben genannten drei Ebenen wird eine konzeptionelle Trennung der Funktionsbereiche möglich, welches hoffentlich irgendwann eine deutliche Vereinfachung von Managementwerkzeugen etc. ermöglichen wird.

Die Zuordnung der verschiedenen ATM-Schichten in das OSI-Referenzmodell ist nur sehr begrenzt möglich. Die drei ATM-Schichten führen in etwa die Aufgaben durch, die im OSI-Referenzmodell in den untersten vier Schichten abgedeckt werden. Relativ eindeutig ist auch die Zuordnung der physikalischen Schicht. Über die andere Zuordnung können Glaubenskämpfe geführt werden.

Bedeutung für das Management:

Weitergehende Literatur:

2.2.2 Das ATM-Schichtenmodell


  
Folie 13: Das ATM-Schichtenmodell
\begin{figure} % latex2html id marker 1933 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieATMLayerModell}}} \end{figure}

Bedeutung für das Management:

2.2.3 ATM-Adaptionsschicht und ATM-Dienstklassen


  
Folie 14: ATM-Adaptionsschicht und ATM-Diensteklassen
\begin{figure} % latex2html id marker 1947 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieATMAdaptionLayer}}} \end{figure}

Die Aufgabe der Adaptionsschicht ist, wie schon oben erwähnt, die Segmentierung der Daten der höheren Schichten in ATM-Zellen sowie deren Reassemblierung, wobei gegebenenfalls zeitliche und andere Anpassungen vorzunehmen sind.

Bei der Definition von Diensteklassen wird sehr deutlich, daß mehrere Organisationen an der Standardisierung von ATM beteiligt sind. So unterscheidet die ITU-T auf der Anwendungsebene vier verschiedene Diensteklassen, Klasse A bis Klasse D, während das ATM-Forum für die ATM-Schicht zwischen folgenden vier Serviceklassen unterscheidet:

constant bit rate CBR:
Es wird die notwendige Bitrate angegeben, Durchsatz, Verzögerung und Verzögerungsvarianz werden garantiert
variable bit rate VBR:
Durchschnittliche und maximale Rate werden angegeben. Wird unterteilt zwischen
real time VBR rt-VBR:
Maximale Verzögerung und Verzögerungsvarianz werden garantiert
non realtime VBR nrt-VBR:
keine Garantien
available bit rate ABR:
Das Netzwerk stellt maximalen Durchsatz bei minimalen Zellverlustraten zur Verfügung, erreicht durch Flußkontrolle.
unspecified bit rate UBR:
Es wird gesendet, was zum Senden ansteht. Keine Flußkontrolle, keine Garantien, Zellen können ohne Vorwarnung verworfen werden.
unterscheidet.

Die Dienstklassen A bis D im Überblick:

Klasse A:
für zeitkontinuierliche verbindungsorientierte Übertragungsvorgänge mit konstanter Bitrate
Klasse B:
für zeitkontinuierliche verbindungsorientierte Übertragungsvorgänge mit variabler Bitrate
Klasse C:
für nicht zeitkontinuierliche verbindungsorientierte Übertragungsvorgänge mit variabler Bitrate
Klasse D:
für nicht zeitkontinuierliche verbindungslose Übertragungsvorgänge mit variabler Bitrate

Zur Abbildung dieser Dienstklassen auf Zellen stehen verschiedene ATM-Adaption-Layers (AALs) mit verschiedenen Eigenschaften zur Verfügung:

 
Folie 14: ATM-Adaptionsschicht und ATM-Diensteklassen
Eigenschaft AAL 1 AAL 2 AAL 3 AAL 4 AAL 5
Synchronisation Ja Ja Nein Nein Nein
Bitrate Konstant Variabel Variabel Variabel Variabel
Übertragungs- Verbindungs- Verbindungs- Verbindungs- Verbindungs- Verbindungs-
modus orientiert orientiert orientiert los orientiert
Steuer- 1 Byte 1 Byte 4 Byte 0 Byte 0 Byte
Informationen          
pro ATM-Zelle          
Fehlersicherung Nein Nein Ja Ja Ja
der Nutzdaten          
durch CRC          
Beispiel Leitungs- kompr. Daten- Daten- Daten-
  emulation Video- übertragung übertragung übertragung
    übertragung      
Aus [SHK+97, Seite 144]

Ursprünglich wurden vier verschiedene AAL-Typen durch CCITT (heute ITU) vorgeschlagen, AAL 1 bis AAL 4. Zwei der Klassen, AAL 3 und AAL 4 sind heute zusammengefaßt zu AAL 3/4. Da sich die Implementierung von AAL3/4 als sehr schwierig herausstellte, wurde ein weiterer ``simple and efficient adaption layer'' (SEAL), AAL 5, spezifiziert. Diese hat weniger Overhead, ist einfach zu implementieren, jedoch fehlen ihr auch einige der Möglichkeiten, die AAL 3/4 bieten, wie z.B. Zellen-Multiplexing. Desweiteren gibt es noch eine Möglichkeit, Daten, die schon das bereits benötigte Zellenformat, haben, über die ``zero AAL'', AAL 0, zu versenden.

Die Spezifikation von AAL 2 ist bis heute noch nicht abgeschlossen. In der Praxis verwenden die meisten Applikationen AAL 5, jedoch nimmt die Verwendung von AAL 1 zu.

Klasse A wird durch AAL 1, Klasse B durch AAL 2 realisiert. Die Klassen C und D können sowohl durch AAL 3/4, als auch durch AAL 5 realisiert werden.

Bedeutung für das Management:

Weitergehende Literatur:

2.2.4 Die ATM-Zelle


  
Folie 15: Die ATM-Zelle und Virtuelle Pfade/Kanäle
\begin{figure} % latex2html id marker 1969 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieATMZelle}}} \end{figure}

Eine ATM-Zelle besteht aus zwei Teilen, einem 5 Byte langem Kopf, sowie einem 48 Byte langem Nutzdatenbereich.

Die Elemente eines Kopfes einer ATM-Zelle im einzelnen:

GFC
(nur UNI) = Generic Flow Control, für Benutzer-Flußkontrolle. Bisher nicht spezifiziert
VPI
= Virtual Path Identifier
VCI
= Virtual Channel Identifier
PTI
= Payload Type Identifier, gibt die Art der Zelle an:
CLP
= Cell Loss Proiority, gibt an, welche Zellen bevorzugt weggeworfen werden können
HEC
= Header Error Checksum, überprüft NUR den Zellenkopf (Fehlleitung), kann Ein-Bit-Fehler korrigieren und verschiedene Mehrbitfehler erkennen (Zelle wird dann verworfen)

Da es nicht möglich ist, die 20 Byte langen ATM-Adressen (siehe weiter unten) in jeder Zelle zu transportieren, wurde eine andere Methode verwendet, um ATM-Zellen die Wegfindung durch ein ATM-Netz zu ermöglichen. Die Übertragung der Zellen erfolgt über ``Virtuelle Kanäle'' und ``Virtuelle Pfade''. Ein Virtueller Kanal (Virtual Channel , VC) wird im Rahmen der Signalisierung aufgebaut und besteht bis zum Verbindungsabbau. Jedem VC sind verschiedene QoS-Parameter zugeordnet, die beim Verbindungsaufbau ausgehandelt werden. Innerhalb eines VCs bleibt die Reihenfolge der Zellen stets erhalten.

Ein Virtueller Pfad (Virtual Path , VP) faßt verschiedene VCs zusammen. Damit können VCs effizient vermittelt werden, indem für gemeinsame Wegstrecken im Gesamtsystem ein VP eingerichtet wird.

Bedeutung für das Management:

2.2.5 Beispiel einer ATM-Verbindung


  
Folie 16: Beispiel einer ATM-Verbindung
\begin{figure} % latex2html id marker 1983 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieBeispielATMVerbindung}}} \end{figure}

Anhand dieser Folie wird verdeutlicht, wie die Virtuellen Pfade und Kanäle verwendet werden.

2.2.6 ATM-Adressen


  
Folie 17: ATM-Adressen
\begin{figure} % latex2html id marker 1994 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieATMAdressen}}} \end{figure}

ATM-Adressen sind 20 Byte lang, sie skalieren auch für sehr große Netzwerke. Die Adressierung ist hierarchisch wie im Telefonnetz, es werden Präfixe (ähnlich zu Vorwahlen) verwendet. ATM-Switche haben den vorderen Teil ihrer Adressen mit denen an sie angeschlossenen Endgeräte gemeinsam und verwalten die Endgeräteadressen in Routing-Tabellen.

Es sind vier ATM-Adreßformate spezifiziert:

AFI:
Authority and Format Identifier, legt das Format der nachfolgenden Adresse fest
IDI:
Initial Domain Identifier, bestimmt die Adreßbelegung und die administrative Autorität, also die Instanz, die über die Adreßvergabe wacht
DSP:
Domain Specific Part, enthält die Routing-Information. Ist aus zwei Teilen zusammengesetzt, dem HO-DSP und dem Low Order Part. Der Low Order Part ist aus dem End System Identifier und dem Selector (SEL) zusammengesetzt
ESI:
48-Bit MAC-Adresse, die zur eindeutigen Kennzeichnung des Endsystems dient (vgl. Ethernet-MAC-Adresse)
HO-DSP:
High Order DSP
IDP:
Initial Domain Part
SEL:
Selection Byte, nicht benutzt

Bedeutung für das Management:

Weitergehende Literatur:

2.2.7 Signalisierung


  
Folie 18: Der ATM-Verbindungsaufbau
\begin{figure} % latex2html id marker 2015 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieSignalisierung}}} \end{figure}

Da ATM ein verbindungsorientierter Dienst ist, muß vor dem eigentlichen Datenverkehr eine Verbindung auf- und danach wieder abgebaut werden. Dies geschieht durch Signalisierung. Die Signalisierung geschieht nicht nur zwischen den Endgeräten, wie es z.B. bei IP der Fall ist, sondern zwischen dem Netz und dem Anwender. Die Basis für die Signalisierung bilden Signalisierungskanäle, die mittels der Protokolle der sogenannten ``Meta-Signalisierung'' aufgebaut und über die Signalisierungs-AAL (SAAL) realisiert werden. Hierzu werden vordefinierte VP/VC-Kombinationen genutzt.

PVCs und SVCs

Verbindungen (Virtual Channels) zwischen zwei Endgeräten können entweder über Managementmöglichkeiten fest geschaltet werden (Permanent Virtual Channel, PVC), oder dynamisch bei Bedarf (Switched Virtual Channel, SVC).

ATM unterstützt zwei Verbindungsarten:

Wünschenswert wären weiterhin Mehrpunkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen, z.B. für Broadcasts. Diese werden von AAL 5, dem am häufigsten verwendeten AAL, nicht unterstützt, da Empfänger von Zellen nicht feststellen können, von welcher Quelle die Zellen gesendet worden sind, wenn mehrere Sender gleichzeitig senden; und damit ist kein funktionierendes Zusammensetzen in Frames möglich. Ein möglicher Ansatz, dieses Problem zu lösen, ist die Benutzung eines Multicast-Servers. Jede Station baut eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zum Multicast-Server auf, der mittels einer Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung zu allen Teilnehmern die von den einzelnen Stationen gesendeten Daten serialisiert und an alle Teilnehmer versendet. Gut unterstützt kann bei diesem Vorgehen das dynamische Hinzufügen und Löschen von Teilnehmern.

Ein ganz wesentlicher Vorteil bei der ATM-Signalisierung ist, daß bei dem Verbindungsaufbau die gewünschten QoS-Eigenschaften der Verbindung angegeben werden können, der sogenannte ``Traffic Contract''. Dieser kann sowohl qualitative als auch quantitative Angaben enthalten. Der Traffic Contract besteht aus

Das Netz garantiert dabei die gewählte Dienstgüte, und der Benutzer die Einhaltung der Verkehrsparameter.

Die QoS-Klasse sind die Serviceklassen, die durch das ATM-Forum spezifizert sind. Bei den Dienstgüte-Parametern können folgende Angaben spezifiziert werden:

Bei den Verkehrsparamtern müssen vom Benutzer folgende ausgehandelte Werte, die eine Vorhersage über seinen geplanten Datenverkehr zulassen, beachtet werden:

Diese Werte werden dann durch das Traffic Management überwacht.

Bedeutung für das Management:

Weitergehende Literatur:

2.2.8 ATM-Schnittstellen


  
Folie 19: private UNI/private NNI/public UNI/public NNI
\begin{figure} % latex2html id marker 2034 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieATMSchnittstellen}}} \end{figure}

ATM definiert mehrere Schnittstellen, die den Austausch von Signalisierungsinformationen zwischen Geräten bzw. Netzen regeln: User-to-Network Interface (UNI) definiert die Interaktion zwischen ``dem Netz'' und dem Anwender, während Network-to-Network Interface (NNI), manchmal auch Network-to-Node Interface genannt, Interoperabilitätsmechanismen zwischen verschiedenen Switches zur Verfügung stellt.

Folgende Standards exisitieren:

P-NNI:
Private Network-to-Network Interface , aktuell ist die Version 1, definiert, wie verschiedene Switches in privaten Netzen miteinander kommunizieren.
UNI:
User-to-Network Interface , wird unterschieden in private UNI und public UNI, regelt den Zugang von Endstationen zu ATM-Netzen.
B-ICI:
B-ISDN Inter Carrier Interface , Schnittstelle zwischen öffentlichen ATM-Netzen, regelt Dienstspezifikationen oberhalb von ATM, wie z.B. Abrechnungsfragen. Bisher werden nur PVCs unterstützt.

1 Private Network-to-Network-Interface (P-NNI)

PNNI ist ein Routing-Protokoll, welches es erlaubt, die ATM-Switche verschiedener Hersteller in einem gemeinsamen Netz zu benutzen. PNNI verteilt automatisch und dynamisch Routing-Informationen (ähnlich OSPF) und erlaubt jedem Switch, einen Weg zu jedem anderen Switch zu finden.

Die Kenndaten von PNNI Phase 1 im Überblick:

2 User-to-Network Interface (UNI)

Das User-to-Network Interface regelt den Zugang von Endgeräten zu ATM-Netzen. Das verwendete von der ITU spezifizierte Signalisierungsverfahren Q.2931 geht auf die Signalisierung in der Schmalband-ISDN-Umgebung zurück. Die Standardisierung ist mit UNI 4.0 vom ATM-Forum weitgehend abgeschlossen.

Bedeutung für das Management:

Weitergehende Literatur:

2.2.9 Integration mit bestehenden Netzen

1 Überblick

Schon früh hat man bei der Entwicklung von ATM erkannt, daß zumindest für eine Übergangszeit die Koexistenz verschiedener anderer Protokolle wie z.B. IP oder IPX mit ATM notwendig ist. Im Zeitalter des Internets ist die Vision von einer reinen ATM-Welt nicht mehr wahrscheinlich.

Zwei besondere Probleme müssen bei der Übertragung anderer Protokolle über ATM gelöst werden:

Ursprünglich gab es zwei Ansätze, um ATM in bestehende Protokollarchitekturen einzubinden (bezüglich der Adressen und des Routings):

Das ATM-Forum wählte das Overlay model . Die Wahl des Overlay Modells ist nicht unumstritten, da es neben dem Vorteil der Protokollunabhängigkeit erhebliche Nachteile besitzt:

Andere Vorteile neben der Protollunabhängigkeit des Overlay Models sind die deutlich geringere Komplexität von ATM-Switchen im Vergleich zum Peer Model sowie die leichtere Weiterentwicklungsmöglichkeit von allen Protokollen, da sie weniger miteinander verknüpft sind.

Derzeit gibt es vier verschiedene Ansätze zur Übermittlung von existierenden Protokollen über ATM:

Genauer betrachtet werden nun Classical IP over ATM und LAN Emulation, da diese den höchsten Verbreitungsgrad haben. Die MPoA-Spezifikation wurde gerade erst verabschiedet, deswegen wird diese im Ausblick behandelt, falls genügend Zeit vorhanden ist.

Weitergehende Literatur:

2 CLIP - Classical IP over ATM


  
Folie 20: Classical IP over ATM Protokollstack
\begin{figure} % latex2html id marker 2067 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieClassicalIPoverATM}}} \end{figure}

Classical IP ist ein Standard der IETF, um IP über ATM benutzen zu können. Zur Übertragung wird AAL 5 verwendet.

Damit IP in ATM-Netzen betrieben werden kann, ist eine Abbildung von IP-Adressen auf ATM-Adressen nötig. Hierzu wird eine Gruppe von Rechnern (IP-Knoten, LIS-Clients) zu einem logical IP subnet (LIS) zusammengefaßt, wobei ein ATMARP-Server für die Adreßumsetzung zuständig ist. Innerhalb eines LIS werden zwischen den Endgeräten bei Bedarf VCs aufgebaut, falls nicht schon PVCs vorkonfiguriert sind.

Die Classical-IP-Eckwerte:

Die Eckwerte der Classical IP Adreßumsetzung:

Bedeutung für das Management:

Weitergehende Literatur:

3 TCP über ATM

Bei der Benutzung von TCP über ATM müssen die TCP-Parameter deutlich ändern, um vernünftige Durchsatzraten zu erhalten. Die Probleme sind:

Insgesamt kann gesagt werden, daß es nicht einfach ist, die TCP-Parameter für ATM-Netze gut zu konfigurieren.

Weitergehende Literatur:

4 LANE - LAN Emulation


  
Folie 21: LAN Emulation Protokollstack
\begin{figure} % latex2html id marker 2100 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieLANEmulation}}} \end{figure}

Das Verfahren des ATM Forums zum Benutzen von anderen Protokollen über ATM ist LAN Emulation , wobei die Eigenschaften eines konventionellen, verbindungslosen LANs auf MAC-Ebene nachgebildet werden. Die Eigenschaften des ATM-Netzes werden vollständig verdeckt, die Nutzung der Vorteile von ATM wie QoS können nicht genutzt werden.

Die Eckwerte von LAN Emulation sind folgende:


  
Folie 22: Beispiel LAN Emulation
\begin{figure} % latex2html id marker 2111 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieBeispielfuerLANEmulation}}} \end{figure}

Gerade verabschiedet wurde der Standard LANE 2.0 (Erweiterung gegenüber 1.0: vor allem redundante Server), der jedoch erst allmählich in Produkte umgesetzt wird.

Bedeutung für das Management:

Weitergehende Literatur:

2.3 Management

2.3.1 Überblick


  
Folie 23: Überblick über das ATM-Management
\begin{figure} % latex2html id marker 2134 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieUeberblickATMManagement}}} \end{figure}

Eine der wesentlichsten Grundlagen für das Betreiben von Netzen ist funktionierendes Netzwerkmanagement.

ATM hat dabei mit besonderen Problemen zu kämpfen:

1.
ATM ist eine Technik, die von sich in Anspruch nimmt, sowohl den WAN-Bereich mit seinem statischen Management abzudecken, als auch den LAN-Bereich mit seinem sehr dynamischen Management.
2.
Die Standardisierung, auch im Management-Bereich, geht zum Teil nur zögerlich voran, doch heutige Probleme wollen auch gelöst sein
3.
Durch die Verbindungsorientierung von ATM wird die bisher aus der LAN-Welt gewohnte Überwachung eines Netzes deutlich komplizierter, spezielle Mechanismen mußten entwickelt werden um dieses Problem zu lösen.
4.
ATM ist die erste Netztechnologie, die QoS-Parameter in großem Umfang unterstützt. Diesem muß besondere Rechnung getragen werden.

Diese Problemfelder geben schon die Gliederung für die folgenden Abschnitte vor.

Das Management von ATM-Netzen steht noch sehr am Anfang, und dies, obwohl das Management von Anfang an bei der Entwicklung von ATM berücksichtigt wurde. Grund ist hier die zögerliche Standardisierung durch die offiziellen Standardisierungsgremien.

Folgende Teilgebiete wollen eine Antwort auf die oben genannten Probleme geben:

Die Teilgebiete werden nun einzeln genauer betrachtet.

Weitergehende Literatur:

2.3.2 ATM-Managementschnittstellen


  
Folie 24: ATM Managementschnittstellen
\begin{figure} % latex2html id marker 2154 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieManagementschnittstellen}}} \end{figure}

Das ATM-Management-Modell ist derzeit noch in der Entwicklung. Grundlage sind im wesentlichen die Management-Schnittstellen M1 bis M5.

Unterschieden werden insbesondere der private Bereich (M1 und M2), der öffentliche Bereich von ``Netzprovidern'' (M4 und M5), sowie eine Schnittstelle zwischen dem privaten und öffentlichen Bereich, M3.

Die Schnittstellen im einzelnen:

M1:
definiert Schnittstelle zwischen dem Netzwerkmanagementsystem des privaten Benutzers und einem ATM-Endsystem; bisher noch nicht spezifiziert
M2:
definiert Schnittstelle zwischen dem Netzwerkmanagementsystem des privaten Benutzers und einem ATM-Netzwerk oder einem ATM-Switch; bisher noch nicht spezifiziert
M3:
Customer-Network-Management(CNM)-Schnittstelle, Schnittstelle zwischen dem Managementsystem des Kunden (im privatem Bereich, meist SNMP) und dem Managementsystem des Betreibers (öffentlichem Bereich, meist CMIP); gewährt dem Kunden Einblick in das Netz des Betreibers.
M4:
definiert Schnittstelle zwischen dem Netzwerkmanagementsystem eines Betreibers und dessen ATM-Netzwerkkomponenten. Bisher werden bei M4 nur PVCs, noch keine SVCs, unterstützt.
M5:
definiert die Schnittstelle zwischen den Managementstationen des Betreibers, also den öffentlichen Netzen; bisher noch nicht spezifiziert

Weitergehende Literatur:

2.3.3 ILMI - Integrated Local Management Interface


  
Folie 25: Integrated Local Management Interface
\begin{figure} % latex2html id marker 2171 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieILMI}}} \end{figure}

Da sich die Standardisierung des ATM-Management-Modells sich noch sehr am Anfang befindet, wurde ILMI durch das ATM-Forum standardisiert, um bereits heute die wichtigsten Managementaufgaben zu unterstützen. ILMI umfaßt folgende Bereiche:

Managementprotokoll:
auf der Basis von SNMP wird ein Managementprotokoll zwischen ATM-Switchen und zwischen Endsystemen und einem ATM-Switch festgelegt. Damit ist durch den Zugriff auf ATM-Managementinformationen von Managementstationen eine Steuerung und Beobachtung möglich.
Programmierschnittstelle:
ATM-Management-Anwendungen können auf der Basis eines standardisiertes API entwickelt werden.
Management Information Base:
Durch die Spezifizierung einer ATM-MIB mit Status-, Konfigurations- und Kontrollinformationen können Management-Daten verwaltet werden. Bisher werden die physikalische Schicht und die ATM-Schicht unterstützt, jedoch noch nicht die AALs.

Das ILMI-Protokoll unterstützt die automatische ATM-Adreßkonfiguration von ATM-Endsystemen an ATM-Switchen:

Bedeutung für das Management:

Weitergehende Literatur:


  
Folie 26: ILMI ATM MIB
\begin{figure} % latex2html id marker 2191 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieILMIATMMIB}}} \end{figure}

2.3.4 Operations, Administartion and Maintenance


  
Folie 27: Operations, Administration and Maintenance
\begin{figure} % latex2html id marker 2202 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieOAM}}} \end{figure}

Unter Operations, Administration and Maintenanace (OAM) werden verschiedene Netzwerk-Management-Funktionen zusammengefaßt, die durch dedizierte ATM-Zellen erbracht werden. Sie dienen unter anderem zur Unterstützung des Fehler- und Performace-Managements (Operations); Adressierung, Datensammlung und Benutzung von Ressourcen (Administration); sowie der Analyse, Diagnose und Reparatur von Netzwerkfehlern (Maintenance).

Das OAM Flow Referenz-Modell definiert die Aspekte einer ATM-Punkt-zu-Punkt-Verbindung (Virtual Channel), die mittels spezieller OAM-Zellen beobachtet und gesteuert werden kann. Das Referenz-Modell teilt einen VC in fünf verschiedene Schichten ein, die mit F1 bis F5 bezeichnet werden. Des weiteren definiert es den Fluß von ATM-Zellen durch diese Schichten. Die Schichten F1 bis F3 gehören der physikalischen Schicht an, während die Schichten F4 und F5 der ATM-Schicht zugeordnet sind.

Die Schichten F1 bis F3 haben im wesentlichen die Aufgabe, Rahmenverluste, Leistungsprobleme, Synchronisationsfehler sowie Übertragungsfehler der Header-Informationen auf der physikalischen Schicht zu erkennen, während die Bereiche F4 und F5 der Überwachung der Verfügbarkeit und der Leistungsfähigkeit virtueller Pfade und virtueller Verbindungen dienen.

Die Schichten im einzelnen:

F1:
Regeneration Section Level
F2:
Digital Section Level
F3:
Transmission Path Level
F4:
Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit virtueller Pfade (VPs)
F5:
Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit virtueller Verbindungen (VCs)

Mittels OAM-Zellen können sowohl Ende-zu-Ende-Überwachungen, als auch segmentbezogene Überwachungen durchgeführt werden. Der OAM-Bereich ist im wesentlichen genormt, lediglich die Reaktion auf Fehler ist zum Teil noch nicht genau spezifiziert.

Weitergehende Literatur:

2.3.5 Traffic Management


  
Folie 28: Traffic Management: Traffic Control
\begin{figure} % latex2html id marker 2219 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieTrafficManagementI}}} \end{figure}

Das Management von Bandbreiten ist einer der wesentlichen Erfolgsfaktoren von ATM. Keine andere Technik bietet in diesem Bereich so viel wie ATM. ATM garantiert QoS für jeden VC (Traffic Contract). Der versprochende QoS muß sowohl vom Netz eingehalten werden, als auch die Senderaten der Benutzer auf ihre Konformität mit den Verkehrsparametern.

Eine besondere Bedeutung erhält das Bandbreitenmanagement dadurch, daß verschiedene Dienste (in Form von CBR, VBR, et.c) über ein Medium laufen. Es ist nicht immer wünschenswert, daß z.B. die gesamte verfügbare Bandbreite für Telefongespräche (CBR) verwendet wird, so daß keine E-Mails mehr verschickt werden können (ABR/UBR). Eine vernünftige Priorisierung ist nötig, die über das Netzmanagement durch z.B. Beschränkung von verbindungsorientierten Diensten auf einen gewissen Prozentsatz des Gesamtdurchsatzes geschehen kann.

Das eigentliche Traffic Management umfaßt zwei Kernbereiche, Traffic Control , Maßnahmen zur Verhinderung von Überlastsituationen, und Congestion Control , Maßnahmen, die bei einer eingetretenen Überlastsituation ergriffen werden, um diese zu beseitigen.

ATM stellt folgende Steuerungsmöglichkeiten zur Verfügung:

 
Folie 28: Traffic Management: Traffic Control
2cTraffic Management Funktionen  
Connection Admission Control (CAC) Zugangskontrolle (Bandbreite, QOS)
Network Resource Management Zuteilung von Datenströmen zu Pfaden
Usage Parameter Control (UPC) Überwachung des Verkehrsvertrages
Resource Management Verkehrsbeeinflussung gemäß Netzzustand
Traffic Shaping Beschränkung der Burst-Länge und Zelldichte, Zellpufferung
Priority Control Priorisierung von Zellströmen (CLP)
Selective Cell Discarding Verwerfen ganzer Rahmen

Zuerst werden die Maßnahmen zur Verhinderung einer Überlastsituation (Traffic Control) beschrieben:

Connection Admission Control:
Eine neue Verbindung wird nur zugelassen, wenn die beteiligten Geräte überhaupt dazu in der Lage sind. Dazu werden die QoS-Anforderungen überprüft.
Zuordnung geeigneter Virtueller Pfade:
Für den Virtuellen Kanal wird durch das Netz ein geeigneter Virtueller Pfad gesucht, der den virtuellen Kanal aufnehmen kann.
Usage Parameter Control:
Anhand der ausgehandelten QoS-Parameter wird überprüft, ob ein Sender versucht, das Netz mehr als ausgehandelt zu belasten. Bei der Überschreitung maximaler Zellraten können Zellen als verwerfbar markiert werden bzw. verworfen werden. Grundlage hierfür ist der
Leaky Bucket Algorithmus:
der bildlich wie folgt arbeitet: Jede konform ankommende Zelle füllt einen Eimer um einen gewissen ``Wasserbetrag'' auf. Der Eimer leckt mit einer gewissen konstanten Rate, so daß das Wasser, was einer Zelle entspricht, nach einer Zeit herausgeflossen ist. Wenn jede Zelle präzise zur vorgesehenen Zeit kommt, fließt sie jeweils in einen gerade leer gewordenen Eimer. Kommen jedoch mehr Zellen pro Zeiteinheit als ausgehandelt, so füllt sich der Eimer. Dies kann z.B. bei einem Zellen-Burst passieren. Da der Eimer nur eine gewisse Menge ``Wasser'' (zu früh eingetroffene Zellen) verkraftet, ``fließt'' er über (Zellen werden entweder verworfen, oder das Cell Loss Priority-Feld wird auf 1 gesetzte, d.h. die Zelle ist ein Kandidat für Verwerfung in Überlastsituationen). Bei dem Beispiel wurde davon ausgegangen, daß die Zellen in regelmäßigen Abständen ankommen. Dies entspricht selten der Wirklichkeit. Trotzdem kann der Leaky Bucket Algorithmus hier verwendet werden, wobei natürlich der ``Eimer'' groß genug sein muß.


  
Folie 29: Traffic Management: Congestion Control
\begin{figure} % latex2html id marker 2230 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieTrafficManagementIII}}} \end{figure}

Nicht für alle Verkehrsarten ist es für einen Sender überhaupt möglich, weniger zu senden. Beispielsweise ist es einem Telefonteilnehmer wohl nicht zuzumuten, auf einmal um 25% langsamer zu sprechen. Daher konzentriert sich Congestion Control in ATM-Netzwerke auf die dynamisch verändernden Übertragungsraten. Bei CBR, VBR und UBR-Verkehr wird kein dynamisches Verfahren zur Behebung von Überlastsituationen verwendet (UBR-Zellen werden bei Überlast einfach verworfen).

Folgende Verfahren ermöglichen Maßnahmen zur Behebung von Überlastsituationen:

Resource Management:
Spezielle Resource-Management-Zellen werden bei ABR in den Datenstrom eingefügt. Diese RM-Zellen beinhalten einen Vorschlag des Senders über die gewünschte Senderate. Diese RM-Zellen werden in Richtung des Empfängers gesendet. Switche auf dem Weg zum Empfänger können bei Bedarf den Sendewunsch nach unten korrigieren. Der Empfänger akzeptiert entweder den eventuell modifizierten Senderatewunsch, oder korrigiert ihn ggf. nach unten und schickt ihn zurück. So kann die Senderate an das ``schwächste Glied der Kette'' angepaßt werden.
Traffic Shaping:
Falls ein Sender zu viele Zellen senden will, können ggf. kurzzeitig Teile davon in Puffern gehalten werden (ggf. in Verbindung mit dem Leaky Bucket Algorithmus),
Priority Control:
Nicht konforme Zellen werden ggf. mit dem CLP-Bit gekennzeichnet. In Überlastsituationen werden die so gekennzeichneten Zellen als erstes verworfen.
Frame Discard:
ein Verfahren, wo an Stelle von einzelnen Zellen gleich ganze Frames verworfen bzw. erst gar nicht übertragen werden.

Weitergehende Literatur:

2.4 Aktuelle Standards


  
Folie 30: Aktuelle Standards im ATM-Bereich
\begin{figure} % latex2html id marker 2248 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieATMStandards}}} \end{figure}

Die Entwicklung im ATM-Umfeld wird im Moment vor allem vom ATM-Forum vorangetrieben. Einige aktuelle und kommende Standards (fast alle vom ATM-Forum) sind auf der Folie zu sehen.

Die wohl am weitesten verbreitete Programmierschnittstelle für Netzwerkapplikationen ist das Socket-Interface aus UNIX. Diese Schnittstelle bietet jedoch kaum Möglichkeiten, QoS-Parameter für Verbindungen zu spezifizieren, wie sie z.B. durch ATM möglich werden.

Eine Erweiterung des Socket-Interfaces wurde von Microsoft, Intel und Sun seit 1994 erweitert, und ist heute z.B. im ``Winsock 2.0''-Standard in Microsoft NT realisiert. Durch die Dominanz von Microsoft ist es nicht unwahrscheinlich, daß Winsock 2.0 auch von anderen Betriebssystemen realisiert wird, so daß ein Standard für die Ausnutzung der Möglichkeiten von ATM zur Verfügung steht.

Weitergehende Literatur:

2.5 Zusammenfassung ATM


  
Folie 31: Zusammenfassung ATM
\begin{figure} % latex2html id marker 2271 \resizebox {0.8\linewidth}{!}{\includegraphics[angle=270]{Folie\arabic{FolieZusammenfassungATM}}} \end{figure}

Was ist nun von der ATM-Vision übriggeblieben?

next up previous contents
Next: 3 VLANs - Virtuelle Up: Management von ATM-Netzen und Previous: 1 Einleitung
Gerhard Müller, Fri Sep 19 22:12:34 CET 1997