Wide Area Networks: Vermittlungsverfahren und Technologien

Wide Area Networks

Merkmale: Vermittlung: Die Verbindung wird über Netzwerkknoten (Vermittlungsstellen) hergestellt, die die Informationen zwischen den Endgeräten weiterleiten. Es werden verschiedene Technologien eingesetzt. Die Knoten unterscheiden sich in der Art der Verbindung und der Übertragung der Informationen zwischen den Vermittlungsstellen.

Leitungsvermittlung (Circuit Switching, CC)

Die Leitungsvermittlung umfasst die Existenz eines Pfads zwischen zwei Stationen, also eine Folge von Verbindungen zwischen den Netzwerkknoten. Sie verläuft in drei Phasen: Aufbau der Verbindung, Datenübertragung und Abbau der Verbindung.

Die Nutzung ist exklusiv, was technisch bedingt ist und die Effizienz verringert. Es besteht eine Verzögerung, da die Verbindung vor der Übertragung aufgebaut werden muss. Sie eignet sich für Sprachverkehr und ist dort ohne Gefahr von Überlastung (Congestion) einsetzbar.

Paketvermittlung (Packet Switching, CP)

Bei der Paketvermittlung werden die Informationen in kleine Pakete zerlegt. Dabei werden keine Ressourcen reserviert. Jedes Paket enthält neben einem Datenteil zusätzliche Kontrollinformationen, die für das Routing im Netzwerk benötigt werden. Die Verzögerung ist variabel und es besteht das Risiko von Überlastung (Congestion).

Vorteile der Paketvermittlung gegenüber der Leitungsvermittlung: höhere Effizienz, die Möglichkeit der Umwandlung von Daten unterschiedlicher Geschwindigkeit, kein Blockieren von Anrufen bei zunehmendem Verkehr, sowie die Möglichkeit der Priorisierung.

Ansätze zur Netzwerknutzung bei Paketsequenzen

Datagramm: Jedes Paket hat einen unabhängigen Weg zum Ziel. Eine Verbindungsaufbauphase existiert nicht. Dies ist bei der Übermittlung weniger Pakete schnell. Bei einem Ausfall eines Knotens gibt es mehr Flexibilität, jedoch ist die Überlastungskontrolle schwierig und nicht garantiert. Eine Zustellung oder das Ausbleiben von Duplikaten wird nicht garantiert. Es handelt sich um einen verbindungslosen Dienst ohne Fehler- und Zustellungsgarantie, geeignet für kurze Übertragungen.

Virtuelle Verbindungen (Virtual Circuits, VC): Es wird zunächst eine feste Route für die Pakete festgelegt. Der Dienst ist verbindungsorientiert, d. h. es erfolgt ein Austausch im Rahmen eines Verbindungsaufbaus. Bei länger andauernder Datenübertragung bieten virtuelle Verbindungen eine geordnete Reihenfolge, eine Sicherung der Empfangskontrolle und eine fehlerfreie Übertragung ohne Duplikate. Die Überlastungskontrolle ist einfacher, und bei einem Fehler in einem Zwischenknoten wird die Verbindung neu aufgebaut. Die Adressierung erfolgt über den Bezeichner des virtuellen Kanals (VC-Identifier).

Wegewahl (Routing)

Für ein Paket wird anhand seines Ziels bestimmt, an welchen Ausgang es weitergeleitet wird. Dazu werden Tabellen mit Informationen zu den Ausgängen erstellt. Die Wegewahl kann auf zwei Arten erfolgen:

• Verteilt (distributed): Die Entscheidung über die Wegewahl wird von jedem Knoten selbst getroffen. Dabei werden regionale Informationen verwendet, etwa die Kosten der mit dem Ausgang verbundenen unterschiedlichen Links. Informationen benachbarter Knoten können genutzt werden.
• Zentralisiert (centralized): Ein zentraler Knoten erhält Informationen von allen Knoten und bestimmt die Wege.

Bei der Erstellung der Routen unterscheidet man zwischen statischem Routing (feste Wege, festgelegt bei der Initialisierung des Netzwerks) und dynamischem Routing (Anpassung anhand aktueller Informationen über die Zeit).

Überlastung (Congestion): Staus entstehen, wenn zu viele Pakete über die Vermittlungsstellen laufen. Dadurch steigen die Verzögerungen und Informationen gehen verloren.

Frame Relay (FR)

Bei Frame Relay erfolgt die Retransmission auf Frame-Ebene. Das Verfahren arbeitet effizient bei einer Fehlerrate von etwa 2 Mbps. Fehler werden nicht korrigiert. Die Rahmengröße ist variabel mit maximal 8250 Byte. Nach dem Verbindungsaufbau ist die Übertragung zuverlässig, die Wahrscheinlichkeit des Verlusts von Frames ist jedoch gering.

Das Protokoll der zweiten Schicht ist das Link-Steuerungsprotokoll (LAPF). Zugelassen sind geschaltete virtuelle Verbindungen (SVC) und permanente virtuelle Verbindungen (PVC).

Asynchroner Transfermodus (ATM)

ATM ist eine Weiterentwicklung von Frame Relay. Die Daten werden in kleine, feste Zellen (sogenannte Cells) mit einer Größe von 53 Byte aufgeteilt. ATM eignet sich ideal für die Übertragung von Sprach- und Dateninformationen, beispielsweise im ISDN-Breitbandnetz.

Merkmale: verbindungsorientierter Dienst, kleine Zellen, nahezu vernachlässigbare Verzögerungen und Vermittlung in Hardware, die deutlich schneller ist als Software.

ATM-Anpassungsschicht (ATM Adaptation Layer, AAL)

Die Anpassungsschicht passt die Benutzerinformationen an das ATM-Format an. Sie segmentiert die Daten für die Übertragung und baut sie auf der höheren Schicht wieder zusammen. Die Anpassung der Geschwindigkeit bei Erzeugung und Aufnahme der Daten durch den Benutzer ermöglicht Pufferung. Zudem werden die Erkennung und Wiederherstellung von Zellen, die falsch oder verloren gegangen sind, unterstützt.

ATM-Schicht

Die ATM-Schicht sorgt dafür, dass die Zellen geordnet und fehlerfrei an ihr Ziel gelangen. Sie erzeugt bzw. verarbeitet die Kopfteile (Header) jeder Zelle, die die notwendigen Informationen enthalten. Zur Beschleunigung der Umschaltung werden virtuelle Kanäle (zwischen zwei Endnutzern im Netzwerk) oder virtuelle Pfade (Gruppierung mehrerer VC) verwendet. Innerhalb jeder Zelle gibt es eine Kennung der ATM-Verbindung (ATM Virtual Circuit Identifier).

Schichtaufbau

Die Bitübertragungsschicht wird in zwei Teilschichten gegliedert:

• PMD (Physical Medium Dependent): Die unterste Teilschicht ist für die physische Übertragung der Bits über das Medium zuständig (Abhängigkeit vom Medium).
• TC (Transmission Convergence): Die Konvergenzschicht übernimmt die ATM-Zellen und bereitet sie für die Übertragung vor. Sie wandelt die Bits des Mediums in Zellen um, die sie an die ATM-Schicht weitergibt.