ATM & IP – unvereinbare Welten? Oder Internetoptimierung?!

IP-Welt und ATM-Übertragung – verbindungslos und verbindungsorientiert – wie geht das zusammen? Lösungen mit ATM und IP optimieren die Internetübertragung.

Auf den ersten Blick scheinen beim Kombinationsversuch von ATM (Asynchronous Transfer Mode) und Internet zwei Welten unvereinbar aufeinander zu prallen. Hier das ATM mit seinen umfangreichen Fähigkeiten zur Steuerung von Diensteklassen und dort das Internet mit seiner IP-Basis, ohne Echtzeitfähigkeit oder zugesicherten Durchsatzraten.

Doch lassen sich die beiden Techniken durchaus kombinieren: ATM kann als Transportnetz für das Internet dienen. Bei dieser Integration gilt es, das verbindungslose Internet auf einem verbindungsorientierten Medium wie ATM abzubilden. Ein Überblick zu den Verfahren zum Transport des IP-Verkehrs über ATM.

Lösungen für die Integration von IP-Welt mit ATM

Dafür gibt es inzwischen eine ganze Reihe von Lösungen. Bereits Anfang der neunziger Jahre spezifizierte das europäische Normungsinstitut ETSI den Connectionless Broadband Data Service (CBDS), der kurze Zeit später Eingang in die ATM-Spezifikationen der ITU fand – und somit zum weltweit akzeptierten Standard wurde.

Das ATM-Netz wird dabei um einen Server ergänzt, der alle am verbindungslosen Dienst teilnehmenden Stationen kennt. Die Stationen sind Punkt-zu-Punkt mit dem Server verbunden und lassen alle Sende- und Empfangsvorgänge von ihm abwickeln. Die übrige ATM-Netzinfrastruktur stellt nur noch breitbandige Verbindungen zur Verfügung, die komplette Steuerung übernimmt der Server. Je nach Verkehrslast können auch mehrere Server in einem ATM-Netz werkeln.

Aus der Sicht des Internet vorangetriebene Lösungen sind Classical IP over ATM (CLIP) , Multiprotocol Label Switching (MPLS) , Next Hop Resolution Protocol (NHRP) oder auch Multicast Address Resolution Server (MARS).

In der anderen Gruppe befinden sich die im wesentlichen vom ATM-Forum entwickelten Lösungen wie LAN Emulation (LANE) und Multiprotocol over ATM (MPoA).

Vorteile und Anwendungen der einzelnen Lösungen

Diese Verfahren zum Transport des IP-Verkehrs über ATM bauen zum Teil aufeinander auf oder unterscheiden sich nur in der konkreten Ausgestaltung eines im Grundsatz gleichen Lösungsansatzes. So wird zum Beispiel bei CLIP das ATM-Netz ähnlich wie bei CBDS nur als unterlegte Netzinfrastruktur genutzt. MARS erweitert den Leistungsumfang von CLIP um das Multicasting, während das NHRP vor allem die Geschwindigkeit erhöht.

Schneller als TCP/IP-Router: ATM-Switches

Eine ATM-Verbindung ist unter anderem deshalb so schnell, weil ATM-Switches die Zellen, die Nutzdaten enthalten, auf ihrem Weg von Knoten zu Knoten nach einem festen Schema nur noch gering modifizieren und daher nur kurze Verzögerungszeiten verursachen. Im Unterschied dazu verarbeiten die üblichen TCP/IP-Router jedes einzelne Datenpaket in einem deutlich aufwändigeren Verfahren. NHRP beschleunigt dieses Verfahren und erhöht damit den Durchsatz von IP-Übertragungen in ATM-Netzen.

LANE: ATM für das lokale Netzwerk

Die ATM-LAN-Emulation hatte bei ihrer Entwicklung das Ziel, vorhandene – auf Ethernet- oder Token-Ring-Strukturen aufgesetzte – LAN-Anwendungen möglichst ohne Änderungen im Rahmen einer Migration zu übernehmen. Im Unterschied zu CLIP definiert LANE dazu eine MAC-Schicht (Layer 2 im ISO-OSI-Modell) als Übersetzer zwischen den Welten. LANE rechnet IP-Adressen in MAC-Adressen um – im Vergleich zu CLIP wird daher ein Rechenvorgang mehr benötigt. Damit liefert LANE eine Lösung für den Übergang oder die Kombination von ATM und lokalem Netz – allerdings auch mit Nachteilen: So ist die LANE-Emulation wegen des höheren Rechenaufwands deutlich langsamer als etwa IP-over-ATM-Lösungen – wenn man von gleicher Prozessorleistung ausgeht.

Bedingt durch den Siegeszug des Internet und die steigende Anzahl von Client-Server-Anwendungen verschiebt sich der Schwerpunkt des von Datenanwendungen erzeugten Verkehrs aus dem lokalen Bereich in die Fernnetze. Die Folge sind komplexe, häufig aus verschiedenen Subnetzen bestehende Strukturen mit einer Vielzahl von Stationen. An dieser Stelle stößt das für den lokalen Bereich konzipierte LANE an Grenzen.

MPOA: ATM zwischen mehreren LANs

MPOA erweitert diese Grenzen, indem es die Mechanismen für die Kommunikation zwischen mehreren – sowohl emulierten als auch realen – LANs im ATM bereitstellt.

MPLS ist ein weiterer, noch relativ neuer Ansatz für die Verbindung von IP und ATM. Ziel ist es, dabei die Vorteile beider Welten bei der Kombination zu erhalten: die hohe Vermittlungsleistung und das QoS eines ATM-Switches plus die IP-Vorteile in Bezug auf Adressierung und Strukturierung.

IP und ATM: Vorteile des Zusammengehens

Betrachtet man die genannten Lösungen, wird klar, weshalb sich ATM gut auch als Transportnetz für den IP-Verkehr des Internet eignet. Auf der Transportebene kann ATM IP-Daten ökonomisch transportieren, wobei man allerdings die Vorteile des differenzierten Transports auf der Management-Ebene mit hohen Kosten bei den Geräten bezahlt.

Heute setzen die großen Provider diese Technik als Internet-Backbone ein. Das ATM-Netz übernimmt in diesen Fällen den über DSL-Modem, ISDN oder andere Netze herangeführten Verkehr, ohne dass der Nutzer davon etwas merkt.

Einige Netzbetreiber bieten darüber hinaus einen unmittelbaren Zugang zum Internet von ATM-Anschlüssen aus. Derartige Angebote richten sich allerdings an Firmenkunden oder Reseller und sind Bestandteil von umfangreichen Individualverträgen. Der Einsatz der ATM-Technik als Zugangsweg zum Internet ist für den Massenmarkt aus Kostengründen kaum vorstellbar, denn ein dazu notwendiges Preisniveau wie zum Beispiel bei DSL dürfte wirtschaftlich nur schwer zu erreichen sein.

Die Bundesnetzagentur hat in 2007 die Deutsche Telekom dazu verpflichtet, auch Endkunden den so genannten „Bitstreamzugang“ über ATM-Knoten zu ermöglichen. Bislang ist die Telekom aber nur in der Lage, ihren Mitbewerbern die Technik als kostengünstige Bündelung von DSL-Anschlüssen anzubieten.

Übersicht zu ATM

(eigenes ATM-Modell)

  • verpackt die Nutzinformationen in Zellen konstanter Größe, fügt Steuerinformationen hinzu und transportiert das Resultat zum Ziel
  • Verkehrssteuerung: einzelne Verkehrsströme werden getrennt und nach Bedarf priorisiert (zum Beispiel bei Sprach- und Datensignalen, die sich nicht vermischen dürfen)
  • präzise Quality-of-Service (QoS)-Garantien, die verschiedene Durchsatzraten oder Mindestverzögerungszeiten beim Datentransport zusichern
  • Geschwindigkeitsvorteile durch Datenblöcke fester Größe (Zellen)
  • Anwendung: von einfacher Datenübertragung bis hin zur hochauflösenden Bewegtbildkommunikation, Echtzeitdienste (Multimedia-Live-Übertragungen) -> insbesondere als Transportnetz fürs Internet

QoS-Kategorien:

  • je nach Höhe des zugesicherten Durchsatzes und
  • je nach Netzverhalten bei Überlastsituationen (konstanter Datenstrom, Verzögerungen, …)

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