METROPOLITAN AREA NETWORK- MAN:
1)
Einleitung:
Das nach dem DQDB-Prinzip (DISTRIBUTED
QUEUE DUAL BUS) arbeitende
System wurde in IEEE 802.6
standardisiert. Die technischen
Komponenten wurden von der
australischen Firma QPSX
Communications LTD, einem
universitätsnahen
Gründerunternehmen, mit
Unterstützung der Telecom
Australia entwickelt. In
Österreich wird dieses Produkt
von der Firma Alcatel Austria AG
an die Post geliefert.
Das MAN (METROPOLITAN AREA
NETWORK) stellt ein vermitteltes
Breitbandnetz dar. Es ist durch
die im Ring verwendete
Übertragungsgeschwindigkeit von
140 Mbit/s (dzt 34 Mbit/s) nicht
nur viel schneller als
herkömmliche Wähl-Datennetze,
sondern es stellt ein Medium für
gleichzeitige Übertragung von
Daten-, Bild- und
Sprachkommunikation dar.
Durch die verwendete
Dual-Bus-Architektur kann eine
sehr hohe Ausfallsicherheit
garantiert werden.
Mittels Bildung von
geschlossenen Benutzergruppen
und Kontrolle der übermittelten
Adressen können auch virtuelle
Privatnetze mit hohem
Zugangsschutz einfach realisiert
werden.
National und international kann
MAN als Weitverkehrsnetz (WAN)
auch länderübergreifende
Verbindungen zwischen LANs
(LOKAL AREA NETWORKS) schaffen.
Das System ist kompatibel mit
dem ATM-Zellformat (ASYNCHRONOUS
TRANSFER MODE). Die Überführung
des DQDB-Systems zum ATM-System
ist sehr einfach möglich.
2)
Vergleich der Technologien:
Stellt man die Bandbreite dem
Ausnutzungsgrad gegenüber, so
können die bekannten
Technologien eingeordnet werden:
Für Übertragungsraten bis etwa
64 kbit/s werden die
herkömmlichen Datennetze
verwendet - wie das
paketvermittelnde Netz (DATEX-P),
das leitungsvermittelnde Netz (DATEX-L),
aber auch das Fernsprechnetz und
dessen weitere Ausbaustufe das
ISDN (Dienste integrierendes
digitales Telekommunikationsnetz
- INTEGRATETED SERVICES DIGITAL
NETWORK). Bei geringerem
Ausnutzungsgrad stellt sicher
die Verbindung über Datex-P die
kostengünstigste Lösung dar. Bei
höheren Ausnutzungsgraden,
jedoch geringer Übertragungsrate
kann auch eine Verbindung über
das Fernsprechnetz die
kostengünstigste Lösung
darstellen.
Mietleitungen (im Bereich bis
etwa 2 Mbit/s) stellen bei hohem
Ausnutzungsgrad die günstigste
Verbindungsmöglichkeit dar.
LANs werden bei niedrigem
Ausnutzungsgrad im Bereich um 2
Mbit/s bis etwa 20 Mbit/s
verwendet. Für die Verbindung
solcher LANs bietet sich das MAN
im Bereich ab etwa 2 Mbit/s bis
zu 140 Mbit/s bei mittlerem
Ausnutzungsgrad an. Darüber
hinausgehende Anforderungen an
Bandbreite und Ausnutzungsgrad
können durch ATM-Systeme
abgedeckt werden.
Als Übertragungsmedien können
für geringe Übertragungsraten
Kupferdoppeladern bzw verdrillte
Leitungen verwendet werden. Für
höhere Geschwindigkeiten werden
Koaxkabel und heute in
verstärktem Ausmaß auch
Lichtwellenleiter (bis zum
Endgerät) verwendet.
Applikationen können nun in
diese Bereiche eingegliedert
werden, wobei bereits jetzt und
verstärkt auch in Zukunft an die
erforderliche Technologie immer
höhere Anforderungen gestellt
werden.
Lagen die bisherigen Anwendungen
wie Alarmmeldungen, Telemetrie,
Elektronik-Mail, Sprache im
Bereich bis 64 kbit/s, so
stellen hochwertige
Audio-Übertragung, Facsimile und
verschiedene Transaktionen
bereits deutlich höhere
Anforderungen an die benötigte
Bandbreite.
Für File-Transfer bzw direkte
Prozeßsteuerung werden heute
Bandbreiten bis 10 Mbit/s
gefordert.
Noch höhere Anforderungen
stellen die Bereiche Computer
Animation, Medizinische
Bildübertragung und Video. Hier
werden bereits Übertragungsraten
im Giga-Bereich gefordert, damit
die Visualisierung für den
Benutzer komfortabel bleibt und
dadurch angenommen wird.
3)
Einbettung in die
Standardisierung:
Das DQDB-Prinzip wurde vom IEEE
(INSTITUTE OF ELECTRICAL AND
ELECTRONIC ENGINEERS) als IEEE
802.6 in die Standardisierung
aufgenommen. Das CSMA/CD-Prinzip
(Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detection) -
bekannt als "Ethernet" - wurde
in IEEE 802.3 standardisiert.
Das Token-Bus- und das
Token-Ring-Prinzip sind als IEEE
802.4 bzw als IEEE 802.5
bekannt.
Das MAN-System ist kompatibel
mit dem ATM-Zellformat (ASYNCHRONOUS
TRANSFER MODE). Bereits 1989 hat
ETSI (EUROPEAN
TELECOMMUNICATIONS STANDARDS
INSTITUTE) für MAN-Systeme den
CBDS-Standard (CONNECTIONLESS
BROADBAND DATA SERVICE)
entwickelt. Der in den USA
verwendete Standard der Firma
Bellcore SDMS (SWITCHED
MULTI-MEGABITS DATA SERVICE)
spezifiziert ebenfalls einen
Netzzugang zu DQDB.
4)
Architektur des MAN-Systems:
Das System verwendet einen
Hochgeschwindigkeits -
Doppelbus, auf den zur
Übertragung von Datenpaketen von
vielen Knoten gemeinsam
zugegriffen werden kann. Die
Zugangsknoten sind über eine
Logik zu Taktauffrischung und
einem gesicherten Schreibzugriff
mit dem Bus verbunden. Auf jedem
Bus wird vom Kopfknoten eine
leere Rahmenstruktur gebildet
und diese Rahmen über den Bus
verteilt. Jeder Rahmen besteht
dabei aus Zeitschlitzen, deren
Anzahl von der verwendeten
Übertragungsgeschwindigkeit im
Ring abhängt. Die Schlitze
können für die Übertragung von
asynchronen und isochronen
Diensten genutzt werden. Bei
isochronen Diensten werden die
Zeitschlitze fix einer Relation
zugeordnet, bei asynchronen
Diensten stehen diese allen
Knoten zur Verfügung, wobei die
Zuordnung über eine
Warteschlange erfolgt.
Jeder Schlitz wird in einzelne
Segmente aufgeteilt um die
mittlere Verzögerungszeit für
einzelne Knoten zu minimieren.
Zwei Bits im Kopf des Schlitzes
werden zur Zugangssteuerung in
den einzelnen Bussen (Vorwärts-
und Rückwärtsbus) verwendet. Ein
Belegt-Bit zeigt an, ob der
Schlitz bereits belegt wurde und
daher ein Datensegment enthält.
Das Belegt-Bit wird vom jenem
Knoten gesetzt, der die
Erlaubnis hatte, das
Datensegment zu füllen. Das
Anforderungs-Bit wird von dem
Knoten gesetzt, der ein
Datensegment absetzen will. Es
zeigt den in "Aufwärts"Richtung
liegenden Knoten an, daß eine
Anforderung in "Abwärts"-Richtung
besteht. Jeder Knoten zählt die
Zahl der unterhalb wartenden
Segmente. Dieser Zähler wird
reduziert, wenn ein leerer
Schlitz in "Aufwärts"-Richtung
vorbeikommt.
Sobald der Zähler auf Null
steht, darf der Knoten einen
leeren Schlitz mit
Datensegmenten füllen. Auf diese
Art wird eine große - über den
gesamten Bus verteilte -
Warteschlange gebildet und der
Zugriff zum Bus gleichverteilt.
Teilnetze des Systems können als
Punkt-zu-Punkt Verbindungen,
offene oder ringförmige Busse
konfiguriert werden.
Der schleifenförmige Bus ist
ähnlich dem Ringbus, jedoch
laufen die Daten nicht durch den
Kopf des Busses. Durch die
Schleifenbildung kann jedoch ein
Selbstheilungsmechanismus zur
Erhöhung der Redundanz
realisiert werden: Bei
Unterbrechung eines Busses kann
das System dadurch geheilt
werden, daß die Busköpfe und die
Endknoten des Busses an beiden
Seiten umkonfiguriert werden und
die beiden Knoten, die der
Unterbrechung am nächsten
liegen, nun Kopfknoten werden.
Damit wird wieder ein
schleifenförmiger Bus gebildet,
wobei jetzt die Busköpfe der
beiden Busse in verschiedenen
Knoten zu liegen kommen.
Ein MAN wird üblicherweise als
ringförmiges Backbone-Netz
gebildet, an das die
Teilnehmer-Subnetze herangeführt
werden. Mehrere MAN-Ringe können
über Router verbunden werden.
Verschiedene MAN-Netze können
über Inter-Router verbunden
werden, wobei die beiden
Teilnetze weiterhin getrennt
verwaltet werden können.
Grundsätzlich wird zwischen
Direktanschlüssen und
CGW-Anschlüssen unterschieden.
Bei den Direktanschlüssen
unterscheidet man zwischen 2
Mbit/s-Anschlüssen, bei denen
die Schnittstellen Frame-Relay
und E1 (CBDS-SMDS) angeboten
werden. Weiters können LANs der
Teilnehmer über Brücken, an die
EGWs (EDGE GATEWAYS) im MAN-Ring
herangeführt werden. Die
TeilnehmerZugangsnetze (LANs)
können gemäß "Etherent"-
oder "Token-Ring"-Standard
ausgeführt sein. Zusätzlich
werden auch 34 Mbit/s-Anschlüsse
mit der Schnittstelle E3 (CBDS-SMDS)
angeboten. Für Anschlüsse, bei
denen mehrere Schnittstellen am
gleichen Ort erforderlich sind,
können CGW-Anschlüsse (Customer
Gateways) verwendet werden.
Folgende
Teilnehmer-Schnittstellen stehen
daher zur Verfügung:
-
Ethernet-Anschluß bis 10 Mbit/s
-
Token-Ring-Anschluß bis 16
Mbit/s
-
G.703 Schnittstelle für 2 Mbit/s
-
Frame-Relay-Anschluß bis 2
Mbit/s
-
CBDS-Anschlüsse 2 und 34 Mbit/s
-
geplant sind weiters X.25 und
FDDI-Anschlüsse
Zur Überwachung des Systems
dient ein NMC (Netz Management
Center) das über Direktleitungen
mit jedem Hauptring verbunden
ist. Aus Sicherheitsgründen
werden die Hauptringe durch eine
zusätzliche Ersatzleitung
abgestützt. Die Aufgaben des NMC
können in die fünf Bereiche
Konfiguration, Leistung, Fehler,
Sicherheit und Verrechnung, die
im folgenden näher erläutert
werden, gegliedert werden:
Im Bereich des
Konfigurations-Managementes ist
insbesondere die im System
integrierte Datenbank für alle
Netz- und Benutzer-Elemente
hervorzuheben. Die Erstellung
und Verwaltung dieser Daten
stellt eine der Hauptaufgaben
dieses Bereiches dar. Dazu
gehören auch das Laden von
Software in die Prozessoren der
Netzelemente, sowie das
Verändern von Parametern oder
Adresstabellen. Informationen
werden an den Systembetreiber in
Form von Events herangebracht.
Im Bereich des
Leistungs-Managmentes werden
Meßwerte in den Prozessoren der
Netzelemente gesammelt und
zwischengespeichert. Derartige
Meßwerte stellen insbesondere
Durchsatzraten, Paket- oder
Segmentanzahl und Netzauslastung
dar. In voreinstellbaren
Meßintervallen werden die Daten
gesammelt und nach bestimmter
Zeit oder bei Vorliegen von
besonderen Bedingungen an das
NMC übermittelt. Dort werden
diese Daten gespeichert und
können direkt am Bildschirm des
Betreibers dargestellt werden.
Langzeitstatistiken oder
History-Auswertungen dienen
dabei zu Planung weiterer
Ausbaustufen.
Im Bereich des
Fehler-Managementes werden
Fehlermeldungen durch
vorwählbare Schwellwerte
kategorisiert und an das NMC
übertragen. Dort können diese
unter Verwendung von Filtern
dargestellt werden. Zu wichtigen
Funktionen in diesem Bereich
zählen auch automatisierte
Prüfvorgänge bzw vom Betreiber
angestoßene Prüfprozeduren,
deren Ergebnisse ebenfalls
sofort an das NMC übermittelt
werden.
Im Bereich des
Sicherheits-Managementes sind
insbesondere die Prüfung der
Adressen (Gültigkeit und
Erlaubnis) und die Verwaltung
von geschlossenen
Benutzergruppen zu nennen.
Selbstverständlich liegen hier
auch die Aufgaben zur
Absicherung des NMC gegen
Unbefugte.
Im Bereich des
Verrechnungs-Managementes sind
alle Maßnahmen zur Sicherung und
Aufzeichnung von Gebührendaten
zu nennen. Die Aufzeichnung der
Gebührendatensätze erlaubt der
Gebührennachverarbeitung die
Berechnung und den Versand der
Kundenrechnungen gemäß den
vorliegenden Tariftabellen.
5)
Andere Länder:
In vielen anderen europäischen
Ländern bestehen bereits seit
einiger Zeit Pilotversuche mit
MAN-Systemen. Die Schweiz hatte
hier Vorreiterrolle mit einem im
Juli 1991 bei der Post
verwendeten Versuchssystem.
Primär werden die MAN-Pilotnetze
für medizinische
Bilddatenübertragung bzw "Outsourcing"
bei großen Konzernen verwendet.
In Florenz wurde das System für
die Fernschulung von
Mitarbeitern verwendet.
In Deutschland laufen derzeit
zwei getrennte Pilotsysteme in
München und Stuttgart. Die sechs
CGWs in Stuttgart verteilen sich
auf die Firmen Daimler Benz und
Porsche, sowie auf die
Universität (Cray-Rechner). In
München sind CGWs bei der Firma
Siemens und bei der TU-München
(Leibnitz-Rechenzentrum)
aufgestellt. Ein CGW wird für
postinterne Tests verwendet.
Beide Systeme funktionieren
bisher zur großen Zufriedenheit
der Kunden und der Telecom. Das
Stuttgarter Netz ist derzeit in
Expansion begriffen, wobei bei
der zuständigen Stelle der
Telecom ein eigenes LAN im
Bereich der Dienststelle mit dem
MAN-System verbunden wurde, um
bessere Kundenberatung
durchführen zu können.
6)
Datenschutz und Datensicherheit:
Bereits durch die Verwendung von
Glasfaserkabeln ist die
Abhörsicherheit in hohem Maße
gewährleistet. Zusätzlich
schützen Sicherheitsbereiche
gegen unbefugtes Ausforschen von
Daten (EGWs werden
ausschließlich im Bereich der
Post aufgestellt, da dort auch
Management-Daten und
Gebührendaten auflaufen. Die
CGWs, zu denen nur
Management-Daten übertragen
werden, die für den jeweiligen
Teilnehmer bestimmt sind, können
auch im Teilnehmerbereich
aufgestellt werden).
Weitere Sicherheit ist durch die
Kontrolle der Adressen gegeben.
Durch Adress-Validation werden
die Sendeadressen am Ursprung
auf Gültigkeit überprüft. Die
Zulässigkeit einer Adresse kann
durch Adress-Screening überprüft
und durch Anlegen von
Screening-Tabellen eingeschränkt
werden. Dabei kann sowohl die
Sendeadresse als auch die
Empfangsadresse einer
Einschränkung unterzogen werden.
Zusätzlich ist die Bildung von
geschlossenen Benutzergruppen
möglich.
Der Zugang zum NMC unterliegt
den üblichen
Sicherheitsmaßnahmen, dh es
existiert ein Paßwortschutz bzw
ein direkter Anschluß für die
Steuerung und Verwaltung des
Netzes, sowie weiteren
Sicherheitseinrichtungen.
Die Datensicherheit ist durch
automatisches Bypassing von
Knoten im Fehlerfall (Restsystem
ungestört) und automatisches
Selfhealing durch
Umkonfiguration in hohem Maße
gewährleistet. Durch
Doppelabstützung des CGW kann
auch bei Ausfällen der Leitung
bzw im Falle von Störungen im
zugehörigen EGW der
Datentransport sichergestellt
werden. Durch "alternate Routing"
können Ersatzwege bereitgestellt
werden, die im Fehlerfall
automatisch aufgenommen werden.
7)
Anwendungen:
Generell ist festzustellen, daß
der Datenverkehr - ähnlich wie
in LANs - primär als
Bursty-Verkehr anzusehen ist und
Anwendungen, die - über längere
Zeit gesehen - eine volle
Ausnützung der Bandbreite
erfordern, eher über direkt
geschaltete Leitungen
abgehandelt werden sollten.
Bei einer typischen Verbindung
eines PCs mit einem Host werden
Perioden eines "quasi-offline"-Betriebes,
bei dem kurze Anfragen an den
Host, jedoch längere Zeiten des
"Nachdenkens" oder der
Berechnung im PC auftreten, mit
jenen eines Batch-Betriebes
abwechseln, bei dem größere oder
große Datenmengen übertragen
werden. Obwohl die
"Pausenzeiten" bei höherer
verwendeter Bandbreite gleich
bleiben, ist doch eine deutliche
Reduktion des gesamten
Zeitablaufes ersichtlich. Zudem
zeigt sich, daß bei derartigem
Verkehr eine direkt geschaltete
Leitung über längere Zeit
ungenutzt oder nicht voll
ausgenutzt wird. Durch die
Ausnutzung einer sehr hohen
Bandbreite für kurze Zeit kann
jedoch viel Übertragungszeit
eingespart werden, wobei durch
kürzere Reaktionszeiten des
Benutzers eine weitere
Einsparungszeit erzielt werden
kann.
In
der folgenden Tabelle ist ein
Vergleich der Übertragungsdauer
für verschiedene Applikationen
angeführt:
Anwendung |
Daten-
volumen
|
Übertragungsdauer bei
|
|
in MByte
|
64kbit/s
|
2Mbit/s
|
34Mbit/s
|
Computer-Tomographie |
0,5-1
|
1-2 min
|
2-5 sec
|
0 sec
|
CAD-File |
1-5
|
2-13 min
|
5-25 sec
|
0-1 sec
|
Layoutseite |
5-7
|
13-18 min
|
25-35 sec
|
1-2 sec
|
Röntgenbild |
7-9
|
18-23 min
|
35-45 sec
|
2 sec
|
Chipentwicklung |
8-12
|
20-31 min
|
40-60 sec
|
2-3 sec
|
Zeitungsseite (s/w) |
25-35
|
65-91 min
|
2-3 min
|
7-10 sec
|
Computer-Simulation |
1000-2000
|
43-86 Std
|
1-3 Std
|
4-9 min
|
Computer-Animation |
1400-1600
|
60-69 Std
|
2 Std
|
6-7 min
|
|