Rate (rt-VBR) unterschieden. CBR wird für die Diese Ausarbeitung soll sich ausschließlich mit Übertragung von Datenströmen mit festen Datenden in ATM-Netzen verfügbaren Mechanismen raten verwendet, wie sie z.B. bei zum Traffic-Management und der Dienstgütekonunkomprimierten Video- oder Audiodaten auftretrolle beschäftigen. Dafür wird in den folgenden ten. Für solche Anwendungen sind geringe Abschnitten auf die in ATM-Netzwerken messbaÜbertragungsverzögerungen (Cell Transfer Delay ren Größen und die in [1] vorgesehenen CTD) und eine geringe Verzögerungsvarianz (Cell Mechanismen in diesen Netzen eingegangen. Delay Variation - CDV) wichtig. Zu erst werden dazu die ATM Dienstkategorien eingeführt und ihr jeweiligen Einsatzgebiete Für z.B. komprimierte Audio- oder Videodabenannt, um daran anschließend die für die Kate-tenströme ist rt-VBR gedacht. Hier sind ebenfalls geringe Übertragungsverzögerungen und auch gorien und die Datenverkehrscharakterisierung eine geringe Verzögerungsvarianz entscheidend. im Allgemeinen relevanten Größen einzuführen. Im Gegensatz zu CBR ist die Datenrate jedoch Im Abschnitt 4 wird der ATM Verkehrsvertrag über die Zeit veränderlich. näher betrachtet, da die in ihm getroffenen Vereinbarungen für eine Verbindung die Grundlage Der größere Bereich der Datenströme hat nicht für die Traffic-Management-Mechanismen darso hohe Anforderungen an CTD und CDV und stellen, welche im fünften Abschnitt beschrieben eher Burst-Charakter. Die Daten werden also werden. Hier bilden vor allem auch die Zellratenschwallartig ans Netzwerk geliefert. Ähnlich zu steuerung für Available Bit Rate-Dienste, die rt-VBR gibt es Non-Real-Time Variable Bit Rate (nrt-Verfahren für die Guaranteed Frame Rate sowie VBR). In diese Kategorie fallen Dienste mit hohen die Darstellung des Zusammenhangs der einzel-Anforderungen an die Antwortzeit z.B. Banknen Mechanismen einen Schwerpunkt. Transaktionen oder EMail. Zu den Anforderungen gehören eine geringe Zellverlustrate (Cell Lose Um die Besonderheiten von ATM gegenüber Ratio - CLR) und geringe CTD. den Traffic-Management-Fähigkeiten des sehr verbreiteten TCP/IP hervorzuheben, werden die-Mit Available Bit Rate (ABR) steht eine Kategose im 6. Abschnitt verglichen. Darauf folgt eine rie für Standarddatenverkehr wie beispielsweise kurze Zusammenfassung sowie ein Abkürzungs-Dateiübertragungen zur Verfügung. Hier sind verzeichnis im Anhang. keine Anforderungen an CLR und CTD gegeben. Diesen Diensten kann eine minimale Zellrate ga- 2.ATM Dienstkategorien rantiert werden und darüber hinaus haben sie die Möglichkeit freie Kapazitäten zu nutzen. ATM Netzwerke sind dazugedacht verschiedens-Relativ neu ist Guaranteed Frame Rate (GFR) zur te Arten von Datenströmen transportieren zu Unterstützung von IP-Backbones. Ziel ist es hier können und diesen auch die benötigte Dienstgüte Frame-basierte Datenströme optimal transportiebereitzustellen. Um den verschiedenen Ansprüren zu können. Diese können z.B. von einem LAN chen, die unterschiedliche Arten von Datenströme an einen ATM-Router gelangen. Um die Perforan die Netzparameter wie Zellverlust und Verzömance hier zu optimieren, werden die Pakete gerungszeiten haben, gerecht werden zu können, bzw. Framegrenzen beachtet und diese z.B. für sind gemäß [4] für ATM sechs verschiedene Kate-Gegenmaßnahmen bei Netzüberlast mit einbezo-gorien von Datenströmen definiert worden. gen. Wie bei ABR wird eine minimale Im Bereich der Echtzeit-Dienste wird zwischen Transferrate garantiert und darüber hinaus kön- ConstantBit Rate (CBR) und Real-Time Variable Bit nen freie Kapazitäten genutzt werden.

Über die optionale Erweiterung von UBR in [2] Eintreffen von zwei aufeinander folgenden Zellen ist es möglich die Charakteristik eines UBReiner bestimmten Verbindung. Diese beruht auf Verkehrsstroms differenzierter zu beschreiben. der Verwendung von Zellen fester Größe und den Dazu wird ihm eine sogenannte Behavior Class damit verbundenen Zeitschlitzen, in den einzelne zugeordnet. Über diese Angabe soll das Netzwerk Zellen versendet werden. Durch das versenden die Möglichkeit haben, die Gewährung von von zusätzlichen OAM-Zellen ¹ , kommt es zu Ver-Dienstgüteparametern auch an UBR-Verbindungen differenzierter handhaben zu könzögerungsschwankungen im Nutzdatenstrom. Bei nen. Details sind hier jedoch der für die Dienstgütesicherung wichtigen peak-to- implementationsabhängigund nicht spezifiziert. peak CDV handelt es sich um die Variation der Mit [3] ist es für UBR-Dienste zudem optional Verzögerung der Zellen, die kleiner ist als die möglich eine minimale gewünschte Zellrate anmaxCTD.

zugeben, diese wird jedoch vom Netzwerk nur zu Unabhängig davon gibt es noch die Größe der Optimierungszwecken genutzt und nicht garan- CellDelay Variation Tolerance (CDVT). Sie wird tiert. meist direkt an der Netzwerkschnittstelle des Nutzers (User-Network Interface - UNI) festgelegt In Abb. 1 wurde das Verhalten der einzelnen und der vom Nutzer erzeugte Verkehr muss die-Dienstkategorien zueinander einmal veranschausen CDVT-Bereich einhalt, um die QoS-Garantien licht. Bei den CBR-Diensten ist klar das konstante in Anspruch nehmen zu können. Ausnutzen der Kapazität über die Zeit zu erkennen. Bei VBR hingegen variiert diese Auslastung Mit der Cell Lose Ratio (CLR) wird das Verhältüber die Zeit. Bei ABR und GFR ist eine optionale nis der verlorenen zu den übertragenen Zellen in Minimum Cell Rate (MCR) als gestrichelte Linie zu einem bestimmten Intervall angegeben. erkennen und bei UBR ist klar zu erkennen, dass Die obere Grenze der Zellübertragungsrate es sich um die best-effort Kategorie handel und wird mit Hilfe der Peak Cell Rate (PCR) angegesomit nur überschüssige Kapazitäten ausgeben. PCR ist dabei als PCR = 1/T definiert, mit T schöpft werden können. als minimaler Abstand zwischen zwei Zellen. Ähnlich dazu ist die Sustainable Cell Rate 3. ATM Dienstgüte-Parameter (SCR), welche die obere Grenze der durchschnittlichen Zellrate einer ATM Verbindung bezeichnet. Die im vorangegangenen Abschnitt dargestellten Diese Angabe wird z.B. für VBR-Dienste benötigt, Kategorien von Diensten fordern vom Netzwerk um eine effiziente Aufteilung der verfügbaren recht unterschiedliche Eigenschaften und Werte Resourcen zwischen mehreren VBR-Diensten zu die sichergestellt werden sollen. ermöglichen, ohne die PCR reservieren zu müs-In diesem Abschnitt sollen daher nach [4,5,7] sen und damit Bandbreite zu verschwenden. Die die für ATM spezifizierten Größen dargestellt SCR sollte demnach auch kleiner sein als die PCR, werden, mit den man die Qualität eines Dienstes um nützlich zu sein.

messen und anhand dieser Informationen die ge-Eine weitere wichtige Größe zum Charakteri-wünschten Parameter sicherstellen kann. sieren von Datenströmen ist die Maximum Burst Unter Cell Transfer Delay (CTD) versteht man Size (MBS). Diese steht für die maximale Anzahl die Verzögerung bei der Übertragung einer Zelle von Zellen, die mit PCR hintereinander weg übergemessen vom Versand des ersten Bits bis zum tragen werden können. Mit der Minimum Cell Rate Empfang des letzten Bits. Durch das Design von (MCR) wird für ABR und GFR die minimal zu ATM kommt es durch das Netzwerk selbst nur zu garantierende Zellrate angegeben. Speziell für vernachlässigbaren Verzögerungen, da die GFR ist außerdem eine Maximum Frame Size Verarbeitungs- und Übertragungsverzögerungen (MFS) spezifiziert. Die MFS ist die Anzahl der minimal sind. Der überwiegende Teil von Verzö-Zellen, die ein Frame maximal lang sein darf. gerung entsteht durch Überlast von Netzknoten. Im folgenden Abschnitt werden die hier defi-Als Dienstgüte-Parameter wird mit der maxCTD nierten Größen verwendet um eine Vereinbarung

die gewünscht Obergrenze für diese Verzögerung zwischen Nutzer und Netzwerk über Dienstgüte-

festgelegt. Zellen, welche die maxCTD nicht einparameter treffen zu können. halten, sollen entweder verworfen oder als verspätet markiert zugestellt werden. ¹ Operation and Maintenance-Zellen nach [4] S. 360

4. Der Verkehrsvertrag zu erfüllen. An diesem Punkt bleibt jedoch anzumerken, dass die auch QoS Commitments In ATM Netzwerken gibt es zu jeder Verbindung genannten Garantien von Natur aus probabiliseinen sogenannten Verkehrsvertrag bzw. Traffic tisch sind. Die Parameter können vom Netzwerk Contract. Mit Hilfe des Verkehrsvertrags werden nur näherungsweise erfüllt werden. Dies liegt die Charakteristiken des Datenverkehrs über eine einerseits an der Tatsache, dass die Genauigkeit Leitung beschrieben und gleichzeitig die Dienstfür die Angabe der Parameter deutlich höher ist, güteanforderungen an das Netzwerk festgelegt. als die Genauigkeit mit der sie gemessen werden Mit diesem Mechanismus ist es also möglich, die können und andererseits variiert die Dienstgüte für einen Dienst benötigten Parameter dem über die Zeit, bedingt durch die Zufälligkeit des Netzwerk direkt mitzuteilen. Mit den enthaltenen Datenverkehrs selbst. Die genaue Einhaltung der Daten kann das Netzwerk die optimalen Einstel-Parameter kann nur über längere Zeiträume belungen für die Verbindung, zu der dieser Vertrag stimmt werden und teilweise, abhängig von der gehört, sowie für alle anderen Verbindungen un-Dienstkategorie, nur für Kategorien von Verbinter Einhaltung derer Verträge, bestimmen. dungen und nicht für einzelne Verbindungen Darüber hinaus kann mit Hilfe dieser Daten über ein ATM-Netzwerk. im Voraus entschieden werden, ob die Kapazität des Netzwerks die beantragte Verbindung noch 5. Mechanismen zum Traffic- ermöglicht,oder ob dadurch die bereits zugesi-

Management cherten Eigenschaften von bestehenden

Verbindungen beeinträchtigt würden. Die Aktio-Die zur Sicherung der Dienstgüte nahe liegends-nen zum Treffen dieser Entscheidung werden bei ten Mechanismen sind mit CAC und UPC bereits

ATM mit Connection Admission Control (CAC) begegeben. Durch diese Prüfung ist das Netzwerk

zeichnet und ermöglichen aufbauend auf den für übermäßiger Überlastung in gewissen Gren-Verkehrsvertrag ein präventives Verkehrsmanazen geschützt, da Verbindungen nur zugelassen

gement.

werden, wenn die nötigen Resourcen vorhanden

Die Daten des Verkehrsvertrags werden im sind. Darüber hinaus ist in ATM noch ein Mecha-sogenannten Connection Traffic Descriptor angegenismus zur Resourcenverwaltung mit Hilfe von

ben. Dieser besteht aus dem Source Traffic virtuellen Pfaden spezifiziert, welcher im Folgen- Descriptor, welcheje nach Dienstkategorie der den beschrieben werden soll.

Verbindung die jeweils passenden Parameter ent-Da sich nun aber nicht alle Dienstkategorien

hält. Dazu zählen PCR, SCR, MBS, MCR und z.B. mit einer Bandbreitenobergrenze beschreiben

MFS. Zum Connection Traffic Descriptor gehören lassen, werden noch reaktive Mechanismen benö-außerdem die Angabe der CDVT und eine Con- tigt,um auftretende Überlastsituation zu

formance Definition. erkennen und die Auswirkungen zu minimieren.

Mittels eines implementationsabhängigen Al-Die entsprechenden von ATM zur Verfügung ge-gorithmus wird über die Conformance Definition stellten reaktiven Verfahren werden ebenfalls in

jede Zelle, die über ein UNI kommt, untersucht. diesem Abschnitt vorgestellt.

Der Mechanismus zum Überwachen der Zellen selbst wird Usage Parameter Control (UPC) ge- 5.1.Resourceverwaltung mit virtuellen

nannt. Auch in idealen Situationen gibt es Zellen, Pfaden

die nicht den Bedingungen entsprechen die vereinbart wurden. Das Netzwerk ist jedoch nur Die Verwendung von Virtual Path Connections verpflichtet, für konforme Zellen die gewählte (VPCs) ermöglicht eine effizientere Resourcen-Dienstgüte sicherzustellen. Die Konformität wird verwaltung. So lässt sich die Implementierung mit dem Generic Cell Rate Algorithm (GCRA) defivon CAC vereinfachen, in dem für eine VPC niert. Der GCRA bestimmt letztendlich für jede Bandbreite reserviert wird, die dann auf einzelne einzelne Zelle die Zellrate und prüft, ob diese Virtual Channel Connections (VCCs) verteilt wernoch innerhalb der Toleranz liegt. Eine genaue den kann, wie dies in Abb. 2 angedeutet ist. Hier Beschreibung des Algorithmus ist in [4] S. 372f sind die VCCs die gestrichelten Linien innerhalb nachzulesen. der VPCs.

Für die konformen Zellen gilt es nun, für das Dies hat den Vorteil, dass beim Prüfen durch Netzwerk die garantierten Parameter bestmöglich den CAC nur noch an den Netzwerkknoten, an

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diese Zellen weniger wichtig sind und zuerst den die jeweils verwendeten VPCs enden, geprüft verworfen werden sollen. Die Zellen werden werden muss, ob die Dienstgüte sichergestellt entweder direkt von der Anwendung als weniger werden kann und nicht wie sonst an jedem einwichtig markiert oder aber durch den UPCzelnen Knoten. In der Abbildung endet z.B. der Mechanismus, wenn sie nicht den vereinbarten VPC b am VC-Switch und die enthaltenen VCCs Bedingungen entsprechen. Zellen mit CLP = 0, werden über den VPC c weiter geführt. An den werden bevorzugt behandelt und als wichtiger VP-Switches muss hier nun nicht geprüft werden, angesehen. Dies sind meist Steuerinformationen, sondern nur an der einen Stelle, an der der Pfad oder aber auch Zellen, die sich für die Dienstgüteendet. Diese Bandbreitenreservierung hat natürsicherung qualifiziert haben. lich den Nachteil, dass die Bandbreite eventuell nicht komplett ausgeschöpft wird. Ein weiterer 5.3. Traffic Shaping Vorteil ist die Möglichkeit Gruppen von Verbindungen zu priorisieren, wenn diese nach

Wenn es noch zu keiner Überlastung gekommen Dienstkategorien geordnet sind.

ist, aber die Verkehrscharakteristik nicht optimal

die

Nachrichten zu steigern, da z.B. nur noch eine

auftritt, wird Traffic Shaping eingesetzt, um VerÜberlastmitteilung für den gesamten Pfad über-kehrsströme zu glätten und Zellklumpungen zu tragen werden muss, und nicht eine für jede VCC.

reduzieren. Dies kann außerdem zu einer Redu-Die virtuellen Pfade stellen sich dem Netzwerk

zierung der durchschnittlichen CTD und zu einer somit insgesamt wie normale Verbindungen dar.

faireren Verteilung der Resourcen führen. So sind für sie unteranderem die Dienstkategorie

Laut Spezifikation ([1]) ist die Verwendung und die gewünschte Dienstgüte zu spezifizieren.

von Traffic Shaping der ATM Implementierung Diese Angaben sollten dann auch abhängig von

überlassen. Nach [4] eignet sich für eine solche den VCCs die durch diesen VPC geführt werden

Implementierung z.B. ein Token Bucket- sollenbestimmt werden, um die Dienstgüte für

Algorithmus. die VCCs zu sichern.

erhalten, darf er diesen Wert nicht mehr ändern. 5.2. Selektiver Zellverwurf

Da laut Spezifikation [1] dieses Verfahren für Eine der ersten Folgen von Überlast in einem CBR, VBR, GFR und UBR optional ist, sollte sich Netzwerk ist, dass Daten durch überlaufende Pufdarauf nicht verlassen werden. Die Funktionsweifer verloren gehen. Bei ATM ist aus diesem se von EFCI in Verbindung mit ABR wird im Grund ein selektiver Zellverwurf (Selective Cell nächsten Abschnitt genauer erläutert. Discard) implementiert. Damit ist es möglich dem Netzwerk eine Information darüber zu geben, wie 5.5. ABR Zellratensteuerung mit wichtig eine Zelle ist, bzw. mit dieser Information Resource Management Zellen die Entscheidung zu beeinflussen, welche Zellen Bei den Dienstkategorien CBR und VBR sind der bei Überlast zuerst verworfen werden dürfen. Verkehrsvertrag und der UPC-Mechanismus die Zur Differenzierung zwischen Zellen wird Grundlage zur Einhaltung der vereinbarten über das Cell Lose Priority-Bit (CLP) im Zellkopf Dienstgüteparameter. Bei diesem Verfahren wird ihre Wichtigkeit für die Anwendung angegeben. ausschließlich über eine Definition der Verkehrs-Eine Kennzeichnung mit CLP = 1, sagt aus, dass

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dort als BRM Zellen markiert zurückgeschickt zu charakteristika und das Markieren von nichtwerden. Dieser Vorgang ist in Abb.3 dargestellt. konformen Zellen gearbeitet, jedoch keine Rückmeldungen über die Auslastung des Netzwerks Das eigentliche Verfahren funktioniert nun so, verwendet. Diese Herangehensweise wird also dass der Sender eine Allowed Cell Rate (ACR) hat open-loop bezeichnet. und diese dynamisch anpasst. Die Anpassungen werden anhand der empfangenen RM-Zellen Dieser Ansatz ist jedoch nicht nutzbar, wenn vorgenommen. In diesen RM-Zellen sind verder Verkehr wie dies bei UBR und ABR der Fall schiedene Informationen gekapselt. Mit dem ist, maximal über eine PCR spezifiziert werden Congestion Indication Bit (CI) wird erkannte kann. Im Falle von UBR wird hier der best-effort Überlast signalisiert, woraufhin der Sender dann Ansatz verwendet und anhand der Zellverluste seine Datenrate senken soll. Mit dem No Increase die Situation im Netzwerk abgeleitet. Dieses Vor-Bit (NI) wird der Sender aufgefordert die Datengehen ist vergleichbar mit den

rate nicht weiter zu erhöhen und über das Explicit Überlastmechanismen von TCP. Cell Rate Feld (ER), kann das Netzwerk sogar eine Mit einem closed-loop, also einem auf Feedback Angabe machen, wie hoch die Übertragungsrate basierenden Ansatz, geht ABR an dieser Stelle ein des Senders sein darf, wobei der Sender in diesem Stück weiter und verwendet vom Netzwerk di-Fall die vereinbarte Minimum Cell Rate (MCR) rekt gegebenen Informationen, um die

nicht unterschreiten muss. Die Details sind [4] S. Übertragungsrate eines Dienstes dynamisch an-381 sowie in [1] 5.10 zu finden. zupassen. Damit ist es möglich, fairere Resourcenverteilung und geringe Zellverlustraten Die RM-Zellen, die für diesen Mechanismus sicherzustellen. verwendet werden, sind selbst normale ATM Zellen, die als Nutzlast Daten über die aktuelle Damit ABR das Ziel erreicht, die verfügbare Verbindung enthalten, so werden z.B. die ER, Bandbreite optimal auszunutzen, ohne dabei an- CurrentCell Rate, Minimum Cell Rate sowie weidere Dienstkategorien zu beeinträchtigen, nutzt ter Informationsbits, wie z.B. die bereits es also direkte Rückmeldungen vom Netzwerk. erwähnten übermittelt. Bei den hohen Übertragungsraten, die mit ATM möglich sind, führt dieses Vorgehen zu dem Gesendet werden die RM-Zellen größtenteils Problem, dass die Rückmeldungen des Netzvom Datensender selbst und zwar alle Nrm - 1 werks unter umständen so lang dauern, dass die Zellen, wobei normalerweise Nrm = 32 gilt. Der versendeten Zellen das Netzwerk überlasten, be-Sender setzt dabei das CI-Bit auf 0. Außerdem vor eine Rückmeldung am Sender ankommt. Dies werden diese Zellen meist mit dem Bit für keine bedeutet, dass die Netzwerkknoten entsprechend Überlast und mit der ER auf die gewünschten große Puffer benötigen, um die Zellverlustraten Zellrate gesetzt verschickt. Auf dem Weg zum niedrig zu halten. Für die Anwendungen bedeu-Empfänger können diese Angaben nun durch tet dies, dass sie tolerant gegenüber unerwarteten Zwischenknoten angepasst werden. Wenn an ei-Zellverzögerungen sowie Anpassungen ihrer nem Zwischenknoten Überlast eintritt, kann Übertragungsrate sein müssen. dieser dies an der FRM-Zelle durch Setzen von CI

Abb. 3 ATM Resource Management Zellen [4] Zwischenknoten erstellten BRM-Zellen enthalten dieselben Informationen, müssen aber nicht erst ATM bedient sich zur Realisierung dieses Meden kompletten Weg zum Empfänger zurücklechanismus sogenannter Resource Management gen, um dann zum Sender zu gelangen, damit (RM) Zellen. Dabei wird hier zwischen Forward dieser darauf reagieren kann. Es wird an dieser Resource Management Zellen (FRM) und Backward Stelle also vor allem Zeit gespart. Dieser Mecha- ResourceManagement Zellen (BRM) unterschieden. nismus wird nach [6] unter dem Namen Backward FRM Zellen werden direkt vom Sender ver- ExplicitCongestion Notification geführt. schickt und legen den Weg über die Wenn eine FRM-Zelle den Empfänger erreicht, Zwischenknoten zum Empfänger zurück, um

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eine oder mehr Zellen des Frames als nicht konschickt er diese im Normalfall unverändert aber form eingestuft werden, der komplette Frame als als BRM-Zelle gekennzeichnet zurück. Sollte er nicht konform eingestuft wird. Zur Überprüfung jedoch davor Datenzellen die mit dem ECFI-Bit wird mit dem F-GCRA, also Frame Generic Cell gekennzeichnet waren erhalten haben, setz er zu- RateAlgorithm ein optimierter GCRA eingesetzt, sätzlich noch das CI-Bit an der RM-Zelle. Auf mit dessen Hilfe die Einhaltung der im Verkehrsdem Rückweg ist es den Zwischenknoten ebenvertrag vereinbarten Parameter geprüft werden falls möglich die BRM-Zellen noch zu ändern, um kann. Außerdem wird mit dem F-GCRA geprüft, auf Überlast hinzuweisen und somit relativ ob die Maximum Frame Size nicht überschritten schnell den Sender zu einer Anpassung seiner wird. Übertragungsrate zu bringen. Zur differenzierten Behandlung werden die 5.6. GFR Traffic-Management Frames letztendlich in drei Stufen eingeteilt, für die jeweils andere bzw. keine Garantien zur

Für die Guaranteed Frame Rate-Dienste gibt es Dienstgüte gegeben werden. Als nicht konform

ebenfalls einige zusätzliche Mechanismen zum werden die Zellen bezeichnet, die gegen eine Ver-Traffic-Management. Insgesamt ist GFR jedoch einbarung des Verkehrsvertrags verstoßen. Sie

genau so simpel wie UBR und bietet je nach werden entweder gleich verworfen oder aber mit

Netzkonfiguration keine Traffic Policing bzw. CLP = 1 als weniger wichtig markiert.

Traffic Shaping Mechanismen an. Auch eine Ga-Die zweite Stufe sind die zwar konformen,

rantie für die Übertragung von Frames gibt es aber nicht für die Dienstgüteparameter qualifi-nicht. Es kann also je nach Netzauslastung zu zierten Zellen. Dies sind die Zellen, die noch nicht

Frameverlust kommen, besonders wenn die Zellgegen die vereinbarten Parameter verstoßen, aber

rate über der vereinbarten minimalen Zellrate schon über der MCR liegen. Für sie wird die

liegt. Diese ist jedoch analog zu ABR durch das Übertragung im best-effort Sinn realisiert. Für die

Netzwerk garantiert.

dritte Stufe, den konformen und qualifizierten

Der Vorteil bei GFR gegenüber den anderen Zellen, wird die vereinbarte Dienstgüte komplett

Dienstkategorien liegt in der Beachtung von sichergestellt.

Framegrenzen. Als Frame wird hierbei nach [1] Der zur Einteilung verwendete F-GCRA inter-eine AAL Protocol Data Unit bezeichnet. Die Grenpretiert einen Frame als einen Burst von Zellen.

zen eines Frames lassen sich über das Payload Dementsprechend muss die Toleranz gegenüber

Type Feld im Zellkopf ermittelt. Durch diese zu-Zellbursts an die vereinbarten Parameter ange-sätzliche Information über den Aufbau des passt werden. Für alle Frames, welche die MFS

Verkehrsstroms kann besser auf z.B. Überlastsitueinhalten und innerhalb der Minimum Cell Rate

ationen reagiert werden. So ist es nun möglich, übertragen werden, muss also sichergestellt sein,

wenn eine Zelle verworfen werden muss, den dass sie innerhalb der Burst Toleranz liegen. Die

kompletten Frame zu verwerfen. Die restlichen Details zum F-GCRA können unter anderem aus

Zellen des Frames müssen also nicht bis zum [4] S. 394f entnommen werden.

Empfänger übertragen werden. Da ATM keinen Das Ergebnis der Prüfung mit dem F-GCRA

Mechanismus für selektive Neuübertragung bewird jeweils nur von der ersten Zelle des Frames

reitstellt, müssen in jedem Fall alle Zellen des bezogen. Wenn diese als qualifiziert gilt, wird der

Frames neu übertragen werden, wenn dies durch komplette Frame als zur Sicherstellung der

eine höhere Schicht angefordert wird. Durch das Dienstgüte qualifiziert betrachtet. Das Netzwerk

Verwerfen des kompletten Frames steigert sich kann nun abgestuft je nach Überlast zuerst die

somit die Effizienz der Übertragung. nicht konformen Zellen und falls dies nicht aus-

Die allgemeinen Mechanismen wie die UPC reicht um eine faire und den Vereinbarungen mit

werden natürlich ebenso unterstützt. Sie werden allen anderen Verbindungen entsprechende

allerdings auf die Beachtung von Frames hin op-Resourcenverteilung sicherzustellen, auch die

timiert. So wird die Cell Lose Priority bei jeder nicht qualifizierten Frames bzw. die Zellen dieser

Zelle eines Frames auf den gleichen Wert gesetzt Frames verwerfen.

und nicht für jede Zelle unterschiedlich. Der verwendete UPC-Algorithmus ermittelt für jede Zelle des Frames die Conformance und markiert sie darauf hin. Dabei gilt die Regel, dass wenn

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5.7. Umsetzung des Traffic-

Indiesem Abschnitt wird der konzeptionelle Aufbau einer Traffic-Management-Einheit in einem

Zusammenhang zwischen den einzelnen Mechanismen zu veranschaulichen. Abb. 4 reduziert den dargestellten Sachverhalt allein auf die relevanten Elemente. Auf die Darstellung von anderen wesentlichen Komponenten eines ATM-Routers wurde auf Grund der Übersichtlichkeit verzichtet. In dieser Form wird sich daher diese Traffic-Management-Einheit sicher auch nicht implementieren lassen, da wichtige Aspekte, wie z.B. Abb. 4 Konzeptioneller Aufbau einer Traffic- Switchingund Routing noch integriert werden Management-Einheit in einem ATM-Router müssten, um eine sinnvolle und effizient arbeitende Einheit zu bilden.

6. ATMs Traffic-Management im

Die dargestellte Einheit arbeitet nun mit den Vergleich zu TCP/IP auf der linken Seite eingehenden ATM-Zellen und der Cell and Path Identifer untersucht die Zel-

Der Vergleich zwischen ATM und TCP/IP ist silen als erstes auf ihre Bedeutung für den Router.

cher nicht in allen Fällen angebracht, da ATM Falls es sich um eine Zelle zum Verbindungsauf-weniger auf der für TCP/IP typischen Protokollbau handelt, wird der CAC bemüht um die

ebene eingesetzt wird und eher als Protokoll für Parameter für einen Datenstrom aufzunehmen

die Sicherungsschicht Verwendung findet. und zu überprüfen, ob das Netz sie unter den ak-

Trotzdem sollen an dieser Stelle kurz die beiden tuellen Bedingungen einhalten kann.

Ansätze verglichen werden, um die Unterschiede Handelt es sich nicht um einen Verbindungs-

zu verdeutlichen.

aufbau, wird im Fall von GFR noch geprüft, ob

ATM hat mit seinen Dienstkategorien und die Zelle zum aktuellen Frame gehört. Außerdem

dem Traffic Contract sehr ausgefeilte Mechaniswerden an dieser Stelle die Informationen zur

men zur Kategorisierung und Beschreibung von Zugehörigkeit zu einer bestimmten VPC/VCC

Datenströmen. Dies ist beim IP nicht in dem Maße aufgenommen um diese in die weitere Verarbei-der Fall. Hier stehen sowohl in IPv4 als auch in tung einbeziehen zu können. Anschließend prüft

IPv6 nur rudimentäre Möglichkeiten zur Verfüdie UPC unter Verwendung des (F-)GCRA die

gung. Bei IPv4 gibt es im Header die Möglichkeit Einhaltung des Traffic Contracts, markiert die

über 3 Bits kodiert im Type of Service-Feld angaben Zelle bei Bedarf und übergibt sie dem Buffer Ma-

zur Art des Datenstroms zu machen, zu dem das nagement. Falls ABR eingesetzt wird, können

aktuelle Paket gehört. Eine genaue Angabe der gegebenenfalls BRM-Zellen über den RM-Agent

Charakteristika des Datenstroms ist jedoch nicht generiert und an Sender zurückgeschickt werden,

möglich. Mit IPv6 ändert sich dies nicht grundle-oder FRM-Zellen mit entsprechenden Informatio-

gend. Hier ist eine mit 8Bit etwas erhöhte nen versehen werden um diese in Richtung

Differenzierung möglich und über das Flow Label Empfänger weiterzuleiten.

die Kennzeichnung von Datenströmen aus Pake-Im Buffer-Management werden zu den Grund-

ten vorgesehen, es werden jedoch keine weiteren funktionen die Funktionalitäten zum selektiven

Beschreibungsmechanismen eingeführt. Dadurch Zellverwurf und Traffic-Shapping implementiert,

ist das Wissen über einen Datenstrom deutlich um auf Überlast reagieren zu können.

geringer, als dies bei ATM der Fall ist und es kön-Anschließend werden die Zellen, die weiter

nen weniger Traffic-Management-Verfahren zur geroutet werden sollen an den Queuing und

Optimierung angewendet werden. Scheduling Mechanismus des Routers übergeben

Auf TCP-Ebene kommt der Mechanismus der um versandt zu werden.

Flow-Control hinzu. Damit kann der Empfänger eines Datenstroms dem Sender indirekt signali-

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z.B. IP keinen Nutzen aus den Fähigkeiten ziehen sieren, dass er die Übertragungsrate anpassen können und zusätzlich ihre eigenen Mechanismen soll. In TCP ist dazu für den Empfänger vorgeseanbringen. Dies ist auch einer der Hauptgründe, hen, dass er dem Sender über das Setzen der weshalb ATM zunehmend von anderen Techno-Fenstergröße auf Null, das weitere Senden verbielogien verdrängt wird und auch im Backboneten kann, solange bis er alle einkommenden Bereich unter Druck gerät. Daten verarbeiten konnte, um die Fenstergröße dann wieder zurückzusetzen und dem Sender das

7. Zusammenfassung weitere Senden zu gestatten. ATM ermöglicht über das Angeben einer ATM bietet mit den hier vorgestellten Verfahren Explicit Cell Rate in RM-Zellen hier eine direkte

umfangreiche Möglichkeiten zum Traffic-Steuerung der Übertragungsrate. Des Weiteren ist Managment und zur Dienstgütesicherung. Mit für die unterschiedlichen Dienstkategorien klar der Herangehensweise Dienste in Kategorien eindefiniert, was mit Zellen passiert, die nicht den zuordnen und daran bestimmte vereinbarten Parametern entsprechen. Dies ist Verkehrscharakteristiken zu knüpfen, hat der also ein weiterer klarer Vorteil der ATM-Nutzer die Möglichkeit die für seine Bedürfnisse Mechanismen.

passenden Dienstgüteparameter relativ einfach zu Im Fall von Überlast im Netz bieten sowohl bestimmen. TCP als auch ATM ähnliche Lösungen. Bei TCP Über den Verkehrsvertrag ist es darüber hingibt es mit der Explicit Congestion Notification eiaus möglich Parameter vorzugeben, die vom Netz nen zur ATM EFCI vergleichbaren Mechanismus. aber auch vom Dienst eingehalten werden sollen. Zusätzlich reagieren die meisten TCP-Die Daten aus dem Vertrag werden auch zur Ent-Implementierungen jedoch auch auf indirekte scheidung genutzt, ob das Netz die angeforderte Anzeichen für Überlast. So werden Paketverluste Verbindung noch bewältigen kann. Mit der Usage als Indikator verwendet um die Übertragungsge- ParameterControl zusammen stehen ATM somit schwindigkeit anzupassen. Dies ist in der Form geeignete präventive Sicherungsmaßnahmen zur bei ATM nicht der Fall. Jedoch gibt es im ABRÜberlastvermeidung zur Verfügung. Modus mit der Verwendung von BRM-Zellen Außerdem werden auch die gängigen Verfaheine etwas effizientere Lösung der Zustellung von ren wie selektiver Zellverwurf, Traffic Shaping expliziten Überlastinformationen, da die Zwi-und Explicit Forward Congestion Indication unschenknoten direkt den Sender adressieren. terstützt und zusätzlich ATM typische Vorteile Im Bereich des Traffic Policing gibt es bei ATM

wie die Verwendung virtueller Pfade zur effizienmit der UPC strikte Vorgaben, wie es realisiert ten Resourcenverwaltung genutzt. werden soll, wohingegen bei TCP dazu keine Für die ABR Dienstkategorie steht ein closed-Vorgaben gemacht werden. Für Traffic Shaping loop Feedbackmechanismus bereit, der über perihängen die verfügbaren Mechanismen in beiden odisch ins System eingebrachte Resource Fällen jedoch stark von der Implementierung im Management Zellen dem Sender die Möglichkeit Router ab und sind in den Standards nur grob gibt anhand von Überlastmeldungen oder der vorgegeben. Im Grunde sind hier die Möglichkeiexpliziten Vorgabe einer Übertragungsrate sein ten jedoch gleichwertig, sowohl die von TCP als Sendeverhalten an die verfügbare Bandbreite anauch die von ATM. zupassen. Aus Sicht der verfügbaren Traffic-Mit der zuletzt betrachteten Management und Dienstgütesicherungsmecha-Guaranteed Frame Rate Dienstkategorie wurde in nismen, hat ATM klar das größere Potenzial. Bei ATM zudem die Möglichkeit eingeführt, auch auf TCP/IP sind diese Möglichkeiten deutlich eingedie Bedürfnisse von Frame-basierten Protokollen schränkter und nicht so ausgefeilt. In Hinsicht auf

auf höheren Schichten im Stack-Model einzugedie Komplexität hat dies natürlich erhebliche

hen und hier die Mechanismen geschickt zu Auswirkungen. So verursachen die von ATM unoptimieren um eine effizientere Übertragung in terstützten Mechanismen natürlich eine deutlich Überlastsituationen zu erreichen. höhere Komplexität der Routersysteme und da-Insgesamt sind die Fähigkeiten von ATM unmit auch höhere Anforderungen in Betrieb und ter dem hier betrachteten Aspekt des Traffic-Konfiguration. Dies ist besonders in den Fällen Managements und der Dienstgütesicherung deutnachteilig, wo ATM als reine Sicherungsschicht lich umfangreicher, als diese z.B. bei TCP/IP sind. verwendet wird und überliegende Protokolle, wie

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Abkürzungsverzeichnis Aus diesem Grund hat ATM in verschiedenen Nischenbereichen weiterhin seine Daseinsberechtigung, auch wenn der Trend immer mehr zu ABR Available Bit Rate

einer Vereinheitlichung der Netze in Richtung IP ACR Allowed Cell Rate

geht, welches auf Grund der Unterschiede auf ATM Asynchronous Transfer Mode technischer Ebene seine eigenen Vorteile hat. BRM Backward Resource Management CAC Connection Admission Control Literatur

CBR Constant Bit Rate CDV Cell Delay Variation

[1] The ATM Forum, Traffic Management Specification,

CDVT Cell Delay Variation Tolerance

[2] The ATM Forum, Addendum to TM 4.1:

CTD Cell Transfer Delay

[3] The ATM Forum, Addendum to TM 4.1 for an

[4] W. Stallings, HIGH-SPEED Networks and Internets: MBS Maximum Burst Size

[5] O. Kyas, ATM-Netzwerke: Aufbau, Funktion, nrt-VBR Non-Real-Time Variable Bit Rate

[6] M. R. Karim, ATM Technology and Services PCR Peak Cell Rate

Delivery. New Jersey: Prentice-Hall, 2000, Kap. 5. QoS Quality of Service [7] R. Jain, Congestion Control and Traffic rt-VBR Real-Time Variable Bit Rate

[8] A. Meyer, Asynchronous Transfer Mode. Potsdam, UNI User-Network Interface

HPI, Universität Potsdam. Juni 2006 UPC Usage Parameter Control [9] T. Mickelsson, ATM versus Ethernet. Helsinki VBR Variable Bit Rate