Theorie

Ursprünglich wurden in ATM vier Dienstklassen A B C und D definiert (siehe nächste Aufgabe). Seit der ATM Traffic Management Specification 4.0 des ATM-Forums [TMS V4] ist diese Darstellung jedoch teilweise überholt, deshalb sollte man sie eher als Hintergrundinformation verstehen. In der Version 4.0 der Spezifikation kristallisierte sich immer mehr heraus, welche Art von Verkehr über ATM-Netze befördert wird, und welche Dienstklassen sich die Kunden wünschen. Die mittlerweile in den Standard des ATM-Forums aufgenommenen Dienstklassen werden als CBR, RT-VBR, NRT-VBR, ABR und UBR bezeichnet.

1. Erklären Sie die Begriffe CBR, RT-VBR, NRT-VBR, ABR und UBR. Literatur: [TANENBAUM, Seite 477], [SIEGMUND, Seite 278] oder im Original vom ATM-Forum [TMS V4, Kapitel 2.1].
2. Geben Sie zu den oben genannten Dienstklassen jeweils Beispielanwendungen an.
3. ABR bietet im Gegensatz zu UBR die Möglichkeit einer Übertragungswiederholung auf Zellebene (im Fehlerfall). Welche Vorteile könnte dies im Hinblick auf IP over ATM liefern?

1. Ursprünglich wurden vier Dienstklassen für die Übertragung von ATM-Nutzdaten festgelegt, welchen spezielle ATM Adaption Layer zugeordnet wurden. Ergänzen Sie die nachfolgende Tabelle entsprechend (Quelle: Vorlesung Rechnernetze II Hegering).
2. Die AAL-Schicht wird in zwei Teilschichten unterteilt, beschreiben Sie kurz deren Aufgaben.

Zu jeder ATM-Zelle muß ein Zellenkopf (5 Oktett) mitübertragen werden, welcher die Effizienz der Datenübertragung mindert. Der ATM-Header belegt mithin 9.43 % der ATM- Zelle (Anmerkung: "Oktett" ist ein Begriff, welcher in der Datenübertragungstechnik häufig statt Byte verwendet wird. Ein Byte hatte nicht immer 8 Bit, ein Oktett dagegen schon). Die Größe der Zellen ist bei ATM auf 48 Oktett festgelegt, d.h. selbst wenn nur 2 Oktett Nutzinformation übertragen werden sollen, muß eine komplette 53 Oktett große Zelle übertragen werden (Overhead hier ca. 96,22%). Aus der Sicht der Overheadminimierung kann eine feste Zellgröße somit ein Nachteil im Vergleich zur Paketvermittlung sein, welche in diesem Fall nur 2 Oktett plus Header übertragen müsste (bei 7 Oktett Header wären das nur ca. 71,42% Overhead).

1. Erstellen Sie einen graphischen Vergleich der Effizienz von Zell- und Paketübertragung in Abhängigkeit von der Menge der zu übertragenden Nutzdaten. Annahme: Die Zellvermittlung besitzt eine feste Nutzfeldgröße von 48 Oktett und 5 Oktett Headerinformation. Bei der Paketübertragung gehen wir von einem 7 Oktett (z.B. 5 Oktett ATM-Header plus 2 Oktett Längeninformation) großem Header aus. Tragen Sie auf der X-Achse des Diagramms die Daten in Oktett (=8 Bit) von 0 bis 400 an. Auf der Y-Achse die Effektivität. Versuchen Sie das Ergebnis zu deuten.
2. Ergebnisse aus der vorherigen Aufgabe sprechen nicht für den Einsatz einer festen Zellgröße. Wo liegen die Stärken der festen, kleinen PDU-Größe bei der ATM-Zellvermittlung (im Vergleich zur Paketvermittlung)?

1. Mit der Einführung von ATM in lokale Netze ergeben sich einige Probleme. Durch die Einführung dieser neuen Technologie ändern sich nicht nur die Schnittstellen in den Endsystemen, sondern es müssen auch Netzknoten ausgetauscht werden. Beschreiben Sie die Hauptunterschiede zwischen ATM und konventionellen LAN-Techniken und schildern Sie die Probleme, die sich dadurch ergeben.
2. Was bedeuten die Begriffe NBMA und MPLS?
3. Welche Einsatzmöglichkeiten könnten sich für ein IP over ATM-Netz ergeben? In Abbildung 2.1 sehen Sie eine mögliche Konfiguration eines ATM-Backbones. Ergänzen Sie die fehlenden Protokolle.
4. Eine der ersten Techniken, um IP über ATM zu ermöglichen, ist das CLIP (Classical IP over ATM). Dabei verwendet das der Schicht 3 zugeordnete IP-Protokoll nicht wie in konventionellen LANs die Dienste der LLC-Schicht (Es besteht in konventionellen Ethernet-basierten Netzen auch die Möglichkeit auf die LLC-Schicht, wie sie in IEEE 802.2 definiert ist, zu verzichten, siehe [HEGERING, Seite 56]), sondern es kommt eine spezielle SNAP/LLC-Teilschicht (SubNetwork Attachment Point IEEE 802.1a / Logical Link Control IEEE 802.2) für die Übertragung auf der ATM-Adaptionsschicht zum Einsatz. Wir haben hier also keine MAC-Teilschicht und auch kein Broadcastmedium für die in LANs übliche Adreßauflösung. Beschreiben Sie die Adreßauflösung in CLIP. Wie nennt sich die zentrale Komponente in CLIP-Netzen?

Keine Anwendung im Netz kann die volle Bandbreite des zugrundeliegenden physischen Mediums ausnutzen. Das gilt auch für die Übertragung von IP-Daten über ATM-Netze. Schuld an der Leistungseinbuße ist der Protokolloverhead. Jedes Protokoll fügt den Daten ein Kopffeld (Header) und/oder einen Trailer hinzu. Weitere Felder werden zur Überprüfung oder für Multiplex-Funktionen angehängt.

Bei unserem Versuchsnetz handelt es sich um ein STM-1- bzw. OC-3c-Netz mit einer Bruttoverbindungsrate von 155,52 MBit basierend auf einer UTP-5-Verkabelung. Anmerkung: Die Angabe 155 MBit in Zusammenhang mit ATM-Netzen ist auf einen historischen Rundungsfehler zurückzuführen. Nähere Informationen finden Sie z.B. in [KYAS, Seite 139].

• Ein STM-1-Rahmen überträgt alle 125 μs einen Frame von 2430 Byte mit einem Overhead von 90 Byte. Bei einer ATM-Verbindung mit 155,52 MBit/s sind also 5,76 MBit/s von der Bruttoübertragungsrate abzuziehen, d.h. der ATM-Schicht stehen noch 149,760 MBit/s zur Verfügung (siehe Tabelle 2–2).
• ATM-PDUs bestehen aus 53 Byte großen Zellen mit einem 5 Byte Header.
• Bei AAL 5 werden Datenpakete variabler Länge (1 bis 65535 Byte) mit einem Trailer (CPCS-PDU Trailer) von 8 Byte versehen (ein Trailer pro Datenpaket nicht pro Zelle) und auf ganzzahlige Vielfache der Zellennutzlänge von 48 Byte aufgefüllt.
• Nach der ATM-Schicht folgt die LLC/SNAP-Einkapselung. Sie fügt jedem Datagramm einen zusätzlichen Overhead von 8 Byte hinzu.
• Anschließend werden die Daten an die IP-Schicht weitergeleitet. Der Header eines IP-Datagramms hat mindestens 20 Byte.
• Die Transportschicht empfängt die Daten und setzt sie entweder in TCP- oder UDP-Pakete um. Das Kopffeld des TCP ist ebenfalls variabel, Sie können aber eine Größe von ca. 20 Byte annehmen. Der Overhead bei UDP beträgt nur 8 Byte, da dieses Protokoll verbindungslos arbeitet.

Füllen Sie entsprechend den Angaben die untenstehende Tabelle aus; exemplarisch sind einige Werte für eine MTU-Größe von 65527 Byte schon berechnet (Anmerkung: 65527 Byte ist die maximale IP-Paktegröße bei Übertragung über den AAL5). Setzen Sie die zu übertragende IP-Datengröße gleich der MTU.

Die D-MTU von CLIP wurde in Anlehnung an [RFC 1209] auf 9180 Byte festgelegt (u.a. wird für einen effizienzten Einsatz von NFS eine MTU von mindestens 8300 Byte empfohlen). Würde es große Vorteile bringen eine MTU-Größe von 65527 Byte zu wählen? Welche Nachteile wären damit eventuell verbunden? Warum wählte man für LANE (Ethernet Emulation) eine MTU-Größe von 1500 Byte? Was bedeutet D-MTU?