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ATM im ZPR: Vom Overlay-Netz zum zentralen Produktionsnetz

ATM, der ,,Asynchrone Transfer Modus``, als die neue Kommunikationsform spielt eine zentrale Rolle bei der Integration von schnellen Datentransferdiensten und isochronen Diensten, wie z.B. Telefonie oder Video. ATM ist einer der Wege, um so verschiedene Endgeräte wie Telefone oder Computer mit einer einzigen Netzwerktechnologie zu koppeln. ATM läßt sich im Bürobereich, den heute noch Ethernet- oder Tokenring-Netze beherrschen, genauso einsetzen wie im Weitverkehrsbereich.

Das ZPR entschied sich daher schon sehr früh, der existierenden Netzwerk-Infrastruktur, bestehend aus FDDI und Ethernet, mit ATM eine weitere Komponente zur Seite zu stellen. Heute bietet das Medien-Labor auf Basis von ATM Videodienste bis zum Arbeitsplatz an. Hochleistungsrechner, zentrale Server und Multimedia-Arbeitsplätze profitieren von den gestiegenen Bandbreiten.

Die ATM-Technologie basiert auf kleinen Dateneinheiten mit fester Länge, den sogenannten Zellen. Diese Zellen sind so klein, daß es den ATM-Geräten (z.B. Switches) leicht fällt, die Bandbreite einer Verbindung auf verschiedene Benutzer, die sehr unterschiedliche Wünsche haben, aufzuteilen und genau die Dienstgüte zu liefern, die der Benutzer verlangt. Erst 1990 wurden die grundlegenden Normen zu ATM von der ITU (International Telecommunication Union) festgelegt. Kurz darauf gründete sich das ATM-Forum, das fortan die Führungsrolle bei der weiteren Standardisierung von ATM übernahm. Die Universität zu Köln/ZPR ist seit 1995 ebenfalls Mitglied im ATM-Forum. Mit der Marktreife der ersten ATM-Produkte begann auch die Geschichte des ATM-Einsatzes am ZPR, deren wichtigste Meilensteine hier kurz wiedergegeben werden:

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Abbildung: Netzwerk-Performancemessung zwischen einer Sun SparcStation 10 und einer Sun SparcStation 20. Beide Maschinen verfügen über eine Lichtwellenleiterverbindung zum zentralen ATM-Switch. Es wird deutlich, daß ATM erst bei großen Übertragungseinheiten und großen Puffern zu voller Leistungsfähigkeit findet. Gleichfalls zeigt sich, daß die hier gewählten Endgeräte nicht in der Lage sind, die volle Bandbreite (ca. 129 Mbps nach Abzugs des Overheads) auszunutzen.

Ende 1994 beschaffte das ZPR als eines der ersten Institute in Deutschland einen ATM-Switch (Fore ASX-200) und stattete einige Workstations mit ATM-Interfacekarten aus. Interoperabilität war zu diesem frühen Stadium nur mit der Hardware eines einzigen Herstellers gegeben. Erste Leistungsuntersuchungen fielen noch hinter den Erwartungen zurück.

Im Sommer 1995 wurde der ATM-Switch des ZPR in das regionale ATM-Testnetz des Landes Nordrhein-Westfalen (RTB-NRW) integriert, so daß z.B. ATM-Verbindungen mit 34 Megabit pro Sekunde zwischen dem ZPR und der GMD in Bonn möglich wurden. Das RTB-NRW war ein Pilotprojekt zum Aufbau und Betrieb eines regionalen Hochgeschwindigkeitsnetzes in Nordrhein-Westfalen.

Das Projekt war Teil eines mit Mitteln des BMBF geförderten Gesamtvorhabens des DFN-Vereins, das die Entwicklung des Wissenschaftsnetzes zu einem Breitbandnetz (B-WIN) zum Ziel hatte. Das B-WIN wurde offiziell zur CeBIT '96 vom DFN-Verein in Betrieb genommen und basiert vollständig auf ATM-Leitungen mit 34 bzw. 155 Mbps.

Im Herbst 1995 erweiterte das ZPR sein ATM-Netz auf insgesamt acht Endgeräte mit Interfacekarten verschiedener Hersteller. Interoperabilitätstests verliefen positiv und führten zu umfangreichen Leistungsuntersuchungen der neuen Technik. Neben der maximal erreichbaren Übertragungsleistung galt der Performance von ,,IP über ATM`` das Hauptaugenmerk. IP ist wegen der großen Bedeutung des Internets das heute am weitesten verbreitete Übertragungsprotokoll. Es wurde detailliert dokumentiert, wie die erzielbare Übertragungsleistung von der Hardware und den verschiedenen Maschinenparametern abhängt. Zusammen mit dem Rechenzentrum der Universität zu Köln und dem Lehrstuhl für Informatik IV der RWTH-Aachen wurden die Ergebnisse in einen globaleren Rahmen eingeordnet. Dazu wurden im RTB-NRW umfangreiche Performancemessungen durchgeführt und verschiedene Topologiekonfigurationen (Vollvermaschung/Leitungsnachbildung) untersucht. Die Ergebnisse sind in gemeinsamen Veröffentlichungen dokumentiert.

Etwa zeitgleich mit dem Ende des RTB-NRW im März 1996 wurde aus dem ATM-Testnetz ein Produktionsnetz. Seitdem stellt die ATM-Technologie den zentralen Institutsbackbone dar. Mit Hilfe von LAN Emulation (LANE) werden dabei mehrere Class-C-Netze auf einem einzigen ATM-Netz emuliert. LANE ist ein Dienst, der Router, Switches und ATM-Endgeräte in die Lage versetzt, wie im normalen LAN (z.B. Ethernet) zu kommunizieren. Änderungen der Anwendungen sind nicht notwendig.

Entwicklung und Standardisierung von ATM sind noch keinesfalls abgeschlossen. Die bestehende Technologie wird ständig weiterentwickelt. Seine gewonnenen Erfahrungen gibt das ZPR bei Industrie-Kooperationen weiter, wie z.B. im Falle der Zusammenarbeit mit der Metro-Gruppe.


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Webmaster <www@zpr.uni-koeln.de>, 7. Apr. 1997